Введение к работе
Актуальность проблемы. Феромоны являются инсектицидами третьего поколения и позволяют значительно повышать эффективность борьбы с вредителями сельского хозяйства и продовольственных запасов. Извлечение феромонов из природных источников невыгодно по причине их чрезвычайно низкой концентрации, и потому целесообразнее их получение путем синтеза. Синтетический материал может быть активным только при строгом соответствии его структуры природному. В связи с этим поиск удобных универсальных хемо- и стереоселективных методов синтеза функционализированных непредельных алифатических соединений - а именно к ним принадлежит большинство феромонов насекомых - является актуальным.
Феромонам структурно родственны 3(Z)-reKceH-1-ол ("спирт листьев") и его сложные эфиры, встречающиеся в эфирных маслах зеленых частей растений и нашедшие применение в качестве душистых веществ. Технология их промышленного производства достаточно трудна, что обусловливает их высокую стоимость. Вопрос о поиске возможных заменителей спирта листьев систематически не изучался, также не проводилось детальное изучение связи между структурой и запахом в ряду его структурных аналогов. Выявление же факторов, ответственных за нужные свойства, создает основу для осознанного поиска ("молекулярного дизайна") новых душистых веществ и способствует экспертизе предлагаемых технологий.
Основная часть работы выполнена в рамках Федеральной ІДНТП (подпрограмма: Новые принципы и методы получения химических веществ и материалов, задание 11.1), по грантам Российского фонда фундаментальных исследований №№ 93-03-5893, 96-03-33396, 99-03-32992, грантам "Научные школы" №№ 96-97461 и 00-97467, гранту Шведской Королевской Академии наук по совместным исследованиям ученых Швеции и стран СНГ (1997-1999). Исследование, связанное с поиском новых душистых веществ с запахом зелени, являлось частью рабочих программ и плановых работ ВНИИ синтетических и натуральных душистых веществ (1984-1989 г.г.).
Целью настоящего исследования является разработка новой методологии стереоконтролируемого синтеза функционализированных олефинов с использованием стереоспецифического 1,4-^«с-гидрирования сопряженных диенов на ключевой стадии. В применении к направленному синтезу целевых объектов, реализация этого направления представляла комплексную задачу, включающую выбор оптимальных способов получения диеновых предшественников, а также дальнейшей трансформации продуктов гидрирования. Работа подразумевала выполнение следующих этапов:
Создание оригинальных протоколов стереонаправленного синтеза функционализированных олефинов.
Изучение влияния заместителей при диеновой системе на результат 1,4-t/uc-гидрирования. Наибольший интерес представляли сопряженные с ацетиленовыми фрагментами диены.
Реализация оригинальных схем синтеза феромонов насекомых алифатического непредельного ряда на основе разрабатываемой методологии.
- Разработка нового метода получения сс,|3-непредельных альдегидов
(предшественников сопряженных диенов) из их насыщенных аналогов на основе
бромирования и нуклеофильного селенирования их ацеталей.
- Синтез и оценка запаха большого количества структурных аналогов спирта
листьев [3(2Г)-гексен-1-ола], в том числе с применением указанной выше
методологии. Исследование связи структуры и запаха в их ряду.
Научная новизна и практическая ценность работы. Разработана новая методология стереоконтролируемого синтеза функционализированных олефинов с использованием стереоспецифического 1,4-цис-гидрирования сопряженных диенов на ключевой стадии, что позволяет получать целевые соединения с высокой химической и конфигурационной чистотой. На основе данной методологии осуществлен эффективный стереонаправленный синтез 13 феромонов насекомых, а также свыше 50 структурных аналогов спирта листьев. Большинство целевых объектов, несмотря на их разнообразие, получено с помощью всего нескольких хемо-, регио- и стереоселективных реакций, используемых в строго определенной последовательности. До настоящего исследования 1,4-і<ис-гидрирование для получения феромонов насекомых не применялось.
Впервые обнаружены, предложены и/или систематически изучены следующие реакции, методы и синтетические алгоритмы: (1) синтез Z-дизамещенных олефинов с гомоаллильным типом функционализации на основе сочетаний методолгий олефинирования карбонильных соединений и 1,4-^ис-гидрирования получаемых сопряженных диенов; (2) синтез (EJ- и (^-тризамещенных и (Z)-тетразамещенных алкенов, а также гомосопряженных /'Д.^-диолефинов из сопряженных диенов; (3) синтез метиленразделенных ^^^-диолефинов и (^^^-триолефинов соответственно из сопряженных диенинов и диендиинов; (4) синтез эфиров 2,4-алкадиен-6-иновых кислот и сопряженных диеновых макролидов с применением бис(4-метоксифенил)диселенида как эффективного реагента для а-селенирования сложных эфиров;. (5) синтез а,Р-непредельных альдегидов из насыщенных ацеталей путем их последовательного бромирования, селенирования, окислительного элиминирования и гидролиза.
На основе результатов органолептических испытаний и анализа структура -свойство в ряду моноолефиновых спиртов Cs-Сю были обнаружены неизвестные ранее факторы, определяющие запах зелени.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных конкурсах, конференциях и семинарах ВНИИСНДВ, ИОХ РАН и университета г. Упсала (Швеция), а также (с публикацией тезисов) на IV и V Московских Конференциях по органической химии и технологии (Москва, 1985 и 1989), XI Международном Конгрессе по эфирным маслам, душистым веществам и ароматизаторам (ICEOS-11, Нью-Дели, 1989), VIII Международном Конгрессе по химии пестицидов (IUPAC, Вашингтон, 1994), IX Европейском Симпозиуме по органической химии (ESOC-9, Варшава, 1995), Международной Конференции по природным соединениям и фармакологически активным веществам (ICNPAS-98, Новосибирск, 1998), Всероссийском Совещании по феромонам (Санкт-Петербург, 1998), II Международной Конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 1999), XI Европейском Симпозиуме по органической химии (ESOC-11, Ґетеборг, 1999), Индо-Российском Семинаре "Новые направления развития химических наук" (Дели, 2000) и XII Международном Симпозуме по гомогенному катализу (ISHC-12, Стокгольм, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 статей в отечественных (19) и международных (11) журналах, а также ряд тезисов докладов на конференциях.
На защиту выносится новое научное направление, заключающееся в применении 1,4-г/г/огидрирования сопряженных диенов как ключевой стадии в стереонаправлешюм синтезе ольфакторно активных олефиновых соединений (феромонов насекомых и душистых веществ ациклического ряда), в том числе:
-
синтетические протоколы стереоселективного построения fZJ-ди- и тетразамещенньгх, (Е)- или (2)-тризамещенкых двойных связей, основанные на сочетании реакций олефинирования карбонильных соединений и 1,4-цис-гидрирования получаемых сопряженных диенов;
-
новая стратегия синтеза метиленразделенных (Ь//-2)-полиенов, основанная на гидрировании полисопряженных диен-ацетиленовых систем на карбонильных комплексах хрома;
-
новые варианты получения сопряженных диенов или их предшественников, основанные на химии селена;
-
оригинальные схемы направленного синтеза ряда феромонов насекомых, основанные на разработанной методологии;
(5) выявленные закономерности между структурой и запахом в ряду
кислородсодержащих моноолефиновых соединений С5-С10.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 2Мо стр. текста компьютерного набора (формат А4) и состоит из вводного и основного литературного обзоров, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и приложения. Список цитируемой литературы включает 575 ссылок.
