пери-аннелирование пятичленного гетероцикла к азафеналенам на основе С-Н-функционализации их производных тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ЩЕРБАКОВ СТАНИСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ

я<?/т-АННЕЛИРОВАНИЕ ПЯТИЧЛЕННОГО ГЕТЕРОЦИКЛА К АЗАФЕНАЛЕНАМ НА ОСНОВЕ С-Н-ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ ИХ ПРОИЗВОДНЫХ

02.00.03 — органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

3 ИЮН 2015

Астрахань — 2015

005569731

005569731

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

на кафедре химии

Научный доктор химических наук, профессор

руководитель: Аксенов Александр Викторович

Официальные доктор химических наук, профессор

оппоненты: Кайгородова Елена Алексеевна

(ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», заведующий кафедрой неорганической и аналитической химии)

Ведущая организация:

кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Лукьянов Борис Сергеевич

(Научно-исследовательский институт физической и органической химии Южного федерального университета, в.н.с. лаборатории специального органического синтеза)

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической и физической химии имени А.Е. Арбузова КазНЦ РАН

Защита диссертационной работы состоится <£0>> июня 2015 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 307.001.04. при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, 2-ой учебный корпус, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке АГТУ (ул. Татищева, 16, АГТУ, главный учебный корпус) и на сайте http://astii.org/nages/shovv/.

Автореферат разослан «/%» мая 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, доцент

Шинкарь Е. В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Исследования в ряду ие/?и-аннелированных гетероциклических соединений имеют большое значение. Это обусловлено тон ролью, которую они играют во многих областях науки и техники.

ис/гм-Аннелированные гетероциклические системы, в силу особенностей их пространственного я-электронного строения, следует рассматривать как целостную структурную единицу, в составе которой гетерокольцо играет свою роль, однако не может быть идентифицировано в качестве независимого фрагмента с самостоятельной л-системой.

В этой связи такие гетероциклические соединения, благодаря присущим им специфическим свойствам и химическому поведению, заслуживают особого внимания в плане теоретических и экспериментальных исследований в области тонкого органического синтеза, дальнейшего развития концепции гетероароматичности и других фундаментальных понятий и представлений органической химии.

Не менее важны практические аспекты использования конденсированных гетероциклических соединений. В частности, колористические, фото-, термо-, электрохромные, люминесцентные и другие свойства, которые появляются у полиядерных гетероциклов за счет аннелирования делают их незаменимыми при создании современных материалов для нужд электроники, электротехники, лазерной техники, в качестве рабочих веществ и композиций в запоминающих устройствах, полу- и сверхпроводниках, молекулярных переключателях, хемосенсорах и т.п.

В нашей лаборатории накоплен большой опыт в разработке методов пери- аннелерования. Многолетние исследования позволили найти простые, одностадийные методы ле/?и-аннелирования различных циклов к феналенам и азафеналенам, которые, носят общий характер. Были разработаны методы ие/?2/-аннелирования карбоциклического, [с<1\ пиридинового и пиридазиново-го ядра. Однако не было найдено эффективных методов ие/тн-аннелирования тиофеного, фуранового и ^-замещенных пиррольных колец к производным перимидина. Данное обстоятельство побудило нас к дальнейшему развитию методологии пери-аннелирования.

Цель работы: Разработка методов синтеза азот-, кислород-, и серосодержащих полиядерных соединений путем ие/?н-аннелирования ЛГ-, О- и 5-содержащих пятичленных циклов к производным 1//-перимидина и 1,2,3-триазафеналена путем их С-Н-функционализации.

Для достижения поставленной цели в работе предполагалось решить следующие основные задачи:

1. Разработка методов иерм-аннелирования тиофенового ядра и на их основе эффективных способов получения 1-тиа-5,7-диазациклопента[е£/]феналенов и 1-тиа-5,6,7-1риазациклопента[с£/]феналена.

2. Поиск подходов к синтезу TV-замещенных производных 1 Я-1,5,7-триазациклопента[сс/]феналена.

3. Создание эффективных способов иери-аннелирования фуранового цикла и на его основе метода получения 1-окса-5,7-диазадиклопента[сй(]феналенов.

4. Разработка метода синтеза 4,9-дибром замещенных 6(7)-карбонильных производных 1//-перимидинов.

5. Установление строения полученных соединений комплексом методов физико-химического анализа.

Научная новизна. Теоретическая и практическая значимость. Установлено, что в условиях близких к реакции Вильгеродта-Киндпера элементная сера, ДМФА и диметиламин, получаемый in situ из ДМФА и КОН 6(7)-карбонильные соединения Ш-перимидинов образуют 1-тиа-5,7-дназациклопента[сй?]феналены. Аналочично работают системы: КОН/ДМСО/элементная сера и КОН/бензонитрил/элементная сера. В приведенных выше условиях из производных 1,2,3-триазафеналена образуются неизвестные ранее 1-тиа-5,6,7-триазациклопента[а/]феналены. На основании этих исследований был разработан новый метод «ерм-аннелирования тиофенового ядра к азафеналенам.

Показано, что 6(7)-карбонильные соединения 1#-перимидинового ряда можно превратить в 1-тиа-5,6,7-триазациклопента[с^]феналены сплавлением с элементной серой.

Разработан новый подход к яери-аннелированига тиофенового ядра и с его помощью метод синтеза 1-таа-5,7-диазащшюпента[сй(]феналенов на основе мультикомпонентных реакций Ш-перимидинов или 1,8-нафтилендиа-мина с бензоилхлоридом и элементной серой в ДМСО.

Создан новый подход к «е/ш-аннелированто фуранового ядра к азафеналенам в основе которого лежит синтетическая последовательность: реакция Байера-Виллигера - реакция Фриса - гетероциклизация. На основе этой реакции разработан метод синтеза 1-окса-5,7-диазациклопента[сс^феналенов.

Найдены подходы к и<уш-аннелированию TV-арилпирролного ядра на основе реакции 6(7)-карбонильных соединений Ш-перимидинов с нитробензолом или анилином. Эта методика была впервые применена для синтеза N-фешш-Ш-1,5,7-триазациклопента[а/]феналенов.

Впервые синтезированы неизвестные ранее 4,9-дибромпроизводные 6(7)-карбонильных соединений Ш-перимидинов, которые являются важным исходными соединениями для синтеза новых органических материалов. Полу-

ценные дибромпроизводные были применены для синтеза 4,8-дибром-1-тиа-5,7-диазациклопента[сс(]феналенов.

Практическая значимость работы состоит в разработке четырех эффективных препаративных методов синтеза 1-тиа-5,7-диазациклопента[сс/]фена-ленов, 1-тиа-5,6,7-триазациклопента[а/]феналена, одного метода синтеза 1-окса-5,7-диазациклопента[сс/]феналенов, 1-арил-1,5,7-триазациклопента[сс/] феналенов из доступных исходных соединений - 6(7)-карбонильных производных 1//-перимидинов, перимидинов и 1,8-нафтилендиамина, некоторые из которых лежат в русле основных принципов бурно развивающейся в настоящее время так называемой «зеленой химии».

Методология и методы. В работе использовались методы классической синтетической органической химии в сочетании с современными методами физико-химического анализа.

На защиту выносятся:

1. Новые подходы к «е/ш-аннелированию тиофенового ядра к азафена-ленам, на основе их карбонильных соединений.

2. Новый метод синтеза 1-тиа-5,7-диазациклопента[«/]феналенов из 1Я-перимидинов или 1,8-нафтилендиамина.

3. Новый подход к ие/ш-аннелированшо фуранового ядра к азафенале-нам, используя их карбонильные соединения и перекись водорода в ПФК.

4. Способы синтеза 1-арил-1,5,7-триазациклопента[«^]феналенов из карбонильных соединений перимидинового ряда посредством их реакции с нитробензолом или анилином.

Достоверность полученных результатов. Строение синтезированных соединений подтверждено с помощью 'Н, 13С ЯМР-спектроскопии (в том числе ШС^С 'Н-13С и НМВС 'Н-ПС и 'Н-151чГ), ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии высокого разрешения, данными элементного анализа, что позволяет говорить о достоверности полученных результатов. Для описанных ранее веществ в некоторых случаях использовался встречный синтез.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на П-ой Международной конференции по химии гетероциклов «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Железноводск, 2011), П-ой и Ш-ей Всероссийских конференциях с международным участием «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2012, 2014), XV Молодежной школе-конференции по органической химии (Уфа, 2012), Всероссийской конференции «Органический синтез: химия и технология» (Екатеринбург, 2012), Ш—й международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2012), XVI молодежной школе-конференции по органической химии (Пятигорск, 2013), III Международной конференции «Новые направления в

химии гетероциклических соединений» (Пятигорск, 2013), Уральском научном форуме «Современные проблемы органической химии» (Екатеринбург, 2014), Междисциплинарном симпозиуме по медицинской, органической и биологической химии «МОВ1-СНЕМ» (Крым. Новый Свет, 2014), XII международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2015).

Публикации. Основное содержание работы нашло отражение в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов кандидатских и докторских диссертаций, 11 статьях и тезисах докладов международных и всероссийских конференций.

Поддержка. Работа выполнена в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности образовательным организациям высшего образования, подведомственным Минобрнауки России, проект 547 и при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 14-03-31327 мола).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах, иллюстрирована 103 схемами, 9 таблицами и 14 рисунками.

В первой главе (литературный обзор) рассмотрены литературные данные по методам циклизации пятичленных серо-, кислород- и азотсодержащих ге-тероциклов. Вторая глава — обсуждение полученных результатов; третья — экспериментальная часть. В заключении работы представлены выводы и библиографический список, содержащий 198 литературных ссылок.

Изложенный материал и полученные в работе результаты полностью соответствуют паспорту специальности 02.00.03 - органическая химия.

Основное содержание работы 1. Синтез 1-тпа-5,7-дназацпклопента[«/]феналепов

Серосодержащие гетероциклы активно исследуются в фармацевтической химии. Тиофен, несомненно, является важнейшим из серосодержащих циклических соединений. Значение тиофена и его производных определяется не только многообразием их превращений, но и высокой биологической активностью и полезными прикладными биологическими свойствами. К таковым можно отнести противораковое, анальгетическое и противовоспалительное действие. Производные бензотиофена в комбинации с другими кольцевыми системами широко используются в фармацевтической промышленности. Так, например, Ралоксифен, препарат на основе бензотиофена одобрен для профилактики и лечения остеопороза. Некоторые производные тиофена

применяются в качестве технических красителей, а также используются как полимерные плёнки. Поэтому интерес к созданию методов построения тио-фенового фрагмента, в том числе в полнядерных ароматических соединениях, не уменьшается на протяжении почти полутора веков.

Анализ литературы показал, что до начала работ в нашей лаборатории практически отсутствовали методы яерт-аннелирования тиофенового фрагмента к азафеналенам. Единственным прецедентом оставался разработанный недавно в нашей лаборатории метод ие/ш-аннелирования тиофенового кольца к производным 1//-перимидина, основанный на реакции бензоилирования 6(7)-меркаптоперимидинов бензойной кислотой в полифосфорной кислоте. Реакция ограничивалась двумя примерами.

Я = Н, Ме;

Несмотря на простоту и на то, что это был первый подобный случай, метод имеет существенный недостаток - малая доступность исходных соединений. В настоящей работе мы предлагаем ряд методов не/ш-аннелирования тиофенового кольца, основанных на использовании весьма доступных карбонильных производных 17/-перимидина и 1,2,3-триазафеналена. В основе предлагаемых методов лежат принципы С-Н-функционализации.

1.1 Синтез 1-тиа-5,7-диазациклопента|с</]феналенов и 1-тиа-5,6,7-трназациклопента[с*/]феналеиа в условиях реакции Вильгеродта-Киндлера

Как правило, введение серы в органическое соединение в результате замещения водорода основывается на свободно-радикальных реакциях, реже на реакциях нуклеофильного замещения. Классическим примером таких процессов, является реакция Вильгеродта-Киндлера. В этом процессе участвуют С-Н-связи алифатической цепи. Ранее в нашей лаборатории удалось реализовать подобный процесс для С-Н-функционализацни гетероциклического кольца - был разработан метод тиолирования производных 2,3'-

7

бихинолила. В качестве тиолирующего агента применялся диметиламинопо-лисульфид калия, для генерирования которого использовалась система «ДМФА-сера-КОН», где сера активировалась образующимся в результате гидролиза ДМФА диметиламином.

МегИСНО + КОН — МеЛЧН + НС02К 8П + Me2NH + КОН ->• Ме2ШпК + Н20 Мы предположили, что данная схема будет эффективна и для тиолирова-ния карбонильных соединений перимидинового ряда. Ее реализация позволит перейти к недоступным тиокетонам:

НЭ"

Ы4^ ын

н,с

Н,с

- Н,С—N4

Вопреки ожиданиям результатом реакции стала не только замена кислорода карбонильной группы на серу, но и замыкание тиофенового цикла.

Оказалось, что реакция карбонильных соединений 1а-11 в системе «ДМФА-сера-КОН», приводит к 1-тиа-5,7-диазациклопента[сй^феналенам 2а-Ь, с выходом 50-88%.

1 а-11

2 а-Ь

1,2 а К = Н; Я' = II; Ь К = Ме; Я' = Н; с К = РЬ: Я' = Н; (I Я = 4-(Л',Л-диметиламшю)-фенил; К'= II; е Я = Н; Я' = РЬ; ГЯ = Ме; Я' = РЬ; gR = РЬ; Я' = РЬ; Ь Я = 4-(Лг,Л-диметиламино)фенил; Я' = РЬ; Аналогично протекает реакция и с 6(7)-бензоил-1,2,3-триазафеналеном 3. Она приводит к 1-тиа-5,6,7-триазациклопента[с^]феналену 4 с выходом 63%.

Полученный результат можно объяснить следующим образом. По-видимому, под действием амина происходит расщепление циклической молекулы Бв- Судя по интенсивной окраске раствора, в этом процессе образуется цвиттер-ион 1а, или, как это происходит при действии щелочных металлов в жидком аммиаке образуется ион-радикал типа 16, который в дальнейшем взаимодействует с карбонильной группой перимидина. Оба эти соединения 1а и 16 могут являться атакующими частицами.

н3с +

н,с

1а

Н3С

\ « Н-Ы-^т-в Н3С

16

-(Ме)^)^-

нс

-Н'

1 а-И

н<

8

2а-|1

В реакцию вступают либо альдегиды, либо неенолизующиеся кетоны. При использовании енолизующихся кетонов, например, 6(7)-ацетилперимидина, образуется сложная смесь соединений, т.к. в реакцию также вступает алкильная группа кетонов.

Оказалось, также, что реакция гладко протекает и при замене диметил-формамида на диметилсульфоксид. При этом выходы практически не меняются.

1,2 а Я = Н; Я' = Н; Ь Я = Ме; Ы' = Н; с II = РЬ; И' = Н; (III = 4-(Л',А'-диметилам1шо)-фенил; Я' = Н; еЯ = Н; Я' = РЬ; ТЯ = Ме; Я' = РЬ; = РЬ; Я' = РЬ; Ь К = 4-(,У,Л-диметиламтшо)фенил; Я' = РЬ;

В этом случае, вероятно, роль нуклеофила, который раскрывает восьми-членный цикл элементной серы, выполняет димсилкалий, который образуется из ДМСО и гидроксида калия.

С

Р}'

1 а-Ь

2 а-И

II ? © е КОН + ---К -^ I

^ \ ^ с К

Ме Ме Ме ^СН, ^

Ме ^СН,

Таким образом, был разработан эффективный метод синтеза 1-тиа-5,7-диазациклопента[«/]феналенов и 1-тиа-5,6,7-триазациклопента[сс^феналена, который позволяет получать соединения, либо не содержащие заместителя в положении 2, либо с арильным заместителем в этом положении.

1.2 Синтез 1-тиа-5,7-диазацшслопента [«/|феналеиов из Ш-перимидпнов и 1,8-днаминонафталина

Разработанный метод, о котором было сказано выше, имеет один недостаток - требует предварительного бензоилирования исходных азафенапенов. Хотелось бы разработать метод синтеза обсуждаемых тиофенов из более простых исходных соединений. Поэтому, далее мы разработали новый модифицированный способ ие/л/-аннелирования тиофенового ядра к перими-динам, который представляем в этой главе. Он заключается в мультикомпо-нентной реакщш Ш-перимидинов и бензоилхлорида со щелочью в диметил-сульфоксиде с последующим добавлением серы.

2еП = Н;Г11 = Ме; д Я = РЬ; Ь Я = 4-(Лг,Лг-димстиламино)фе!шл; 5 а К = [I; Ь II = Ме; с Я = РЬ; (1 Я = 4-(Л',Л'-диметиламшю)фенил;

Вероятно, реакция протекает через стадию бензоилирования в условиях реакщш Шоттена-Баумана с последующим пери-аннелированием тиофенового ядра. Выход реакщш составил 63-78%.

и

1,2 е Б. = Н; Г Я = Ме; £ К = РЬ; И К = 4-(/У,Л'-диметиламино)фенил;

5 а И = Н; Ь К = Ме; с Я = РЬ; (1 Я = 4-(Л',,У-диметнламино)фенил;

Известно, что 2-фенилперимидин 5с может образовываться из 1,8-натилендиамина и бензоилхлорида, поэтому мы решили совместить эту реакцию с предыдущей. Как оказалось, вместо соединения 5с действительно можно использовать его предшественник 1,8-диаминонафталин. В этом случае требуется использование 3-х кратного избытка бензоилхлорида. Выход реакции составил 57%.

2 д

Таким образом, на основе мультикомпонентной реакции 1Н-перимидинов и бензоилхлорида со щелочью в диметилсульфоксиде с последующим добавлением серы был разработан эффективный метод синтеза 1-тиа-5,7-диазациклопента[сй(]феналенов.

13 Синтез 1-тпа-5,7-дпазацпклопента[с</]фепаленоз и 1-тиа-5,6,7-триазациклопента[а/]феналена сплавленнем альдегидов и кетонов с

серой.

Как мы отмечали ранее, свободно-радикальные агенты легко раскрывают циклическую молекулу серы, образуя более реакционноспособные полисульфиды. Также в реакциях, протекающих при более чем 200 °С, сера существует в виде бирадикапа и поэтому является инициатором радикальных

превращений. Предполагая, что реакция не/л/-аннелирования тиофенового цикла может протекать по свободно-радикальному механизму, мы решили осуществить синтез 1-тиа-5,7-диазациклопента[сс(]феналенов 2 сплавлением бензоил- и формилперимидинов с элементной серой. Оказалось, что нагревание исходных карбонильных соединений с элементной серой при 250 °С в течение 30 мин приводит к желаемому результату - образуются 1-тиа-5,7-диазациклопента[а/]феналены, которые представляют собой продукты пери-аннелирования тиофенового ядра.

1а-Ь 2 а-Ь

1.2 а Я = н- Я1 = Н; Ь Я = Ме; Я' = Н;с Я = РЬ; Я'= Н; а П = 4-(МЛг-диметиламино)-фенил; Я' = РЬ; е Я = Н; Я' = РЬ; { Я = Ме; Я' = РЬ; § Я = РЬ; Я' = РЬ; И Я = 4-(.У.Л-Д1шетиламино)фенил; Я' = РЬ;

Реакцию удалось осуществить также и с 6(7>бензоил-1,2,3-триазафеналеном 3. В результате был получен 1-тиа-5,6,7-триазацикло-пента[сй(]фенален.

Очевидными достоинствами этого метода являются высокие выходы синтезированных продуктов (80-98%), простота методики, отсутствие необходимости использования растворителей и щёлочи.

1.4 Синтез 4,8-дибром-1-тпа-5,7-дназациклопента[а/]феналепов

Для создания новых материалов для микроэлектроники важное значение имеют гапогенопроизводные ароматических соединений с симметрично расположенными атомами галогена. Поэтому для расширения ряда исходных производных перимидина была разработана методика бромирования

13

б(7)-бензоил- и 6(7)-ацетилперимидннов. Оказалось, что взаимодействие брома в уксусной кислоте с 6(7)-производными перимидина в соотношение 1:1 приводит к получению, неизвестных ранее, 4,9-дибромпроизводных перимидина 9.

Вг,

СНХООН

2 е-д, К-т

2,9 е Я = Н; Я' = РЬ; { Я = Ме; Я' = РЬ; « Я = РЬ; Я' = РЬ; к Я = Н; Я' = Ме; 1К = Ме; Я' = Ме; т Я = РЬ; Я' = Ме.

Для получения предшественников новых материалов для микроэлектроники интересно было использовать методики ие/ш-аннелирования с участием таких соединений. Оказалось, что соединения 9 е-ц так же вступают в реакцию пери-аннелирования тиофенового кольца в системе «ДМФА-сера-КОН», приводя к неизвестным ранее 4,8-дибром-1-тиа-5,7-диазациклопента[сй?]феналенам 10

9,10 е Я = Н; Я.' = РЬ; IЯ = Ме; Я' = РЬ; g Я = РЬ; Я' = РЬ;

Таким образом, в результате реализации этой части работы были разработаны методы синтеза 4,9-дибромпроизводных кетонов перимидинового ряда — важных исходных соединений для получения новых материалов для микроэлектроники и опробована методика их ле/то-аннелирования на примере синтеза 4,8-дибром-1-тиа-5,7-диазациклопента[сй(]феналенов.

2. Синтез Аг-фенил-1,5,7-триазацпклопента[с</]феналенов

Структурный каркас [cí/J-аннелированньгх индолов часто встречается в природных и синтетических соединениях, проявляющих разные формы биологической активности. Также, являясь малотоксичными аналогами аценаф-тенов и бензпиренов, такие полигетероциклические молекулы могут в перспективе заменить эти широко используемые фотохимические зонды, сделав irx более привлекательными для медицинских приложений. Кроме того, подобные структуры могут применяться в нанотехнологии для моделирования реакционной способности азафуллеренов и атом-модифицированных нанот-рубок. Недавние исследования показали, что производные пиррола проявляют себя в качестве химиотерапевтических агентов, потенциально полезных для ингибирования активности микобактерий туберкулеза (Mycobactérium tuberculosis) и других атипичных микобактерий, включая М. avium complex (MAC), патогенных микроорганизмов в значительной степени способствовавших смерти людей больных СПИДом.

Ранее мы сообщали о разработанной методике прямого пери-аннелирования пиррольного цикла к производным 1Я-перимидина, содержащим функциональную группу в положении 6(7). При этом в качестве реагентов использовались либо 1,3,5-триазины в полифосфорной кислоте, либо сочетание 1,3,5-триазинов с азидом натрия в полифосфорной кислоте. В результате был получен незамещённый 1Я-1,5,7-триазациклоиента[о/]фе-нален, а также производные этой гетероциклической системы, содержащие заместители в положениях 2 и 6.

Однако представители этого класса соединений, содержащие заместитель в положении 1 при атоме азота, до настоящего времени оставались недоступными. Основываясь на предыдущем удачном опыте, мы решили разработать метод их синтеза прямым /ге/?и-аннелированием, для чего была использована неизвестная ранее реакция между карбонильными соединениями пе-римидннового ряда и нитробензолом.

с

N

РЬМ02, КОН

Я"

Д, 2 ч.

I N

N Н

1 а-И

1,11 а Я = Н; Ы' = Н; Ь Я.= Ме; Я' = Н; с Я = РЬ; Я' = Н; II Я = 4-(Аг,Лг-диметиламино)фенил; Я' = II; с Я = Н; Я' = РЬ; Г Я = Ме;К' = РЬ^:Я = РЬ;Я, = РЬ; >1 Я = Д-^ЛГ-диметиламтюЗфеннл; Б.' = РЬ;

Было обнаружено, что кипячение альдегидов и кетонов 1а-Ь с нитробензолом в присутствии щёлочи приводит к образованию А'-фенил-\Н-1,5,7-триазациклопента[«/]феналенов 11 а-Ь с выходами 26-42%. Вероятно, реакция пергг-аннелпрования протекает через стадию восстановления нитробензола исходными соединениями 1а-Ь до нитрозобензола, который и вступает в реакцию согласно механизму, приведённому на схеме ниже. В подтверждение этого механизма следует отметить факт, что выходы продуктов в этой реакции не превышают 45%. Потери целевого продукта, очевидно, происходят при частичном окислении исходных соединений 1а—Ь образующимися в процессе Диоксидами. Вместе с тем замена в реакции нитробензола на нитрозобензол позволила получить соединения 11 а-Ь с более высокими выходами (42-63%).

1а-Ь + РЫЧСЬ —> РЫ\'0 + продукты окисления

Известно, что кетоны образуют основания Шиффа, которые могут в результате окислительного аминирования быть преобразованы в соединения П.

Действительно, кипячение альдегидов и кетонов 1а-Ь с анилином в присутствии щёлочи приводит к образованию Л'-феннл-1Н-1,5,7-триазациклопента[сй(]феналенов Па-И. Исходя из этого, можно предположить, что реакция протекает через стадию окисления соединении 1а-Ь в 2,6-замещенные перимидин-7-оны с последующим взаимодействием с анилином как 1,4-дикарбонильные соединения.

1,11 а Я = Н; Я' = Н; Ь Я = Ме; Я' = Н; с Я = РЬ; Я1 = Н; (1 К = 4-(Л',Л'-ли-метилами[ю)(|)енил; Я' = Н; с Я = Н; Я1 = РЬ; I Я = Ме;Я' = РЬ^Я = РЬ;Я' = РЬ; Ь Я = 4-(Дг,Л'г-димстиламш1о)фенил; Я' = РЬ;

Структура соединения Не однозначно подтверждена корреляционной спектроскопией ЯМР (рисунок).

Предполагаемый механизм данного превращения представлен на схеме ниже. Он включает образование основания Шиффа, его преобразование в енамин и последующую окислительную циклизацию с образованием искомых 1Я-1,5,7-триазациклопента[«/]феналеиов 11.

1 a-h

18

17

11 a-h

Таким образом, был разработан эффективный метод синтеза новых представителей гетероциклической системы 1Н- \ ,5,7-трпазациклопента[«/]фена-ленов, содержащих фенильный заместитель в положении 1.

3. Синтез 1-окса-5,7-дпазациклопента[с</]феналепов

Органические соединения, содержащие пятичленные ароматические гетероциклические кольца широко распространены в природе и часто играют важную роль в различных биохимических процессах. Широкий спектр биологической активности производных фурана продолжает привлекать внимание химиков-синтетиков к этому классу соединений. Среди производных фурана были найдены соединения, проявляющие антигельминтную, инсектицидную, антибактериальную, противогрибковую и противовирусные активности. Начиная с 1988 года, ранитидин - производное фурана, являющийся антагонистом Histamine Н2 receptors, занимает первое место по объему продаж лекарственных средств на мировом рынке. В медицинской практике широко используются антибактериальные вещества, которые являются продуктом конденсации формильной группы 5-нитрофурана с соединениями, содержащими аминогруппу - нитрофурантоин, фуразолидон и др.

Ранее в нашей лаборатории был открыт метод синтеза 1-окса-5,7-диазациклопента[с£^феналенов, основанный на взаимодействии 4,5-диамино-1-нафтола с ацилирующими реагентами. Его недостатком является весьма малая доступность исходного диамина. Мы решили разработать альтернативный метод получения этих соединений, в основе которого лежат принципы С-Н-функционализации, исходя из доступных 6(7)-бензоилперимидинов 1. В основе этого метода лежит предположение о возможности реализации реакции Байера-Виллигера этих кетонов с перекисью водорода в ПФК. Очевидно, что образование сложного эфира 18 и его преобразование в кетон 19 в результате реакции Фриса с последующим замыка-

19

нием фуранового цикла должны были привести к желаемому результату. Последовательность представлена на схеме ниже:

20 е-Ь

Действительно, реакция 6(7)-бензоилперимидинов 1 е-Ь с перекисью водорода в полифосфорной кислоте приводит к образованию 1-окса-5,7-диазациклопента[о/]феналенов 20 е-Ь. Выход составил 56-63%.

1 е-Ь

20 е-Ь

1,20 е Я = Н; Я' = РЬ; I Я = Ме; Я' = РЬ; % Я = РЬ; Я' = РЬ Ь Я = 4-(Аг,Лг-диметнламино)фенил; Я1 = РЬ; Реакция сопровождается частичным дезацилированием кетонов и перегруппировкой в 4(9)-ацилпроизводное.

Таким образом, в результате выполнения этой части работы, исходя из кетонов перимидинового ряда, был разработан метод синтеза 1-окса-5,7-диазациклопента[с</| феналенов.

***

В результате проведенных исследований был показан синтетический потенциал карбонильных соединений производных азафеналенов для синтеза полиядерных соединений содержащих пятичленный гетероцикл с атомами серы, азота и кислорода с помощью безметальной С-Н-функционализации.

Выводы

1. Найдены новые подходы к «е/л/-аннелировашгто тиофенового ядра к азафеналенам, используя их карбонилыше соединения и элементную серу, и КОН в ДМФА, ДМСО, или бензонитриле. Таким образом были разработаны методы синтеза 1-тиа-5,7-диазациклопента[сг/]фена-ленов и 1-тиа-5,б,7-триазациклопента[сй/]феналена.

2. Разработаны методы синтеза 1-тиа-5,7-диазациклопента[са^фена-ленов, исходя из соответствующих перимидинов или 1,8-нафтилендиамина.

3. Впервые синтезированы неизвестные ранее 4,9-дибромпроизводные 6(7)-карбонильных соединений 1Я-перимидинов, которые являются важным исходными соединениями для синтеза новых органических материалов. Полученные дибромпроизводные были применены для синтеза 4,8-дибром-1-тиа-5,7-диазациклопента[сй(]феналенов.

4. На основе реакции бензоил- и формилперимидинов с нитробензолом или анилином в присутствии щёлочи был разработан эффективный метод синтеза новых представителей гетероциклической системы 1#-1,5,7-триазациклопента[сй/]феналенов, содержащих арильный заместитель в положении 1.

5. Найдена новая синтетическая последовательность: реакция Байера-Виллигера - реакция Фриса - гетероциклизация, которая оказалось эффективной для синтеза 1-окса-5,7-дпазациклопента[сс/]феналенов. Это позволило создать новый подход к иери-аннелированию фурано-вого ядра к азафеналенам.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Статьи в журналах перечня ВАК:

1. Щербаков C.B. Новый метод яе/лг-аннелирования тиофенового кольца к производным Ш-перимидина и 1,2,3-триазафеналена / C.B. Щербаков, A.B. Аксенов, Д.А. Лобач ИХГС. - 2014. -№2.~ С. 327330.

2. Аксенов A.B. Синтез 1-тиа-5,7-диазациклопента[с^]феналенов из 6(7)-производных перимидина / C.B. Щербаков, A.B. Аксенов, Д.А. Лобач, H.H. Летичевская, Е.А. Васильева И ХГС. - 2014. - № 5. - С. 737-745.

3. Щербаков C.B. Синтез Л'-фенил-! ,5,7-триазациклопента [сйГ|феналенов реакцией карбонильных производных 1Н-перимидинов с нитробензолом / C.B. Щербаков, A.B. Аксенов, Д.А. Лобач, М. Рубин II ХГС. - 2014. - № 5. - С. 821-824.

Статьи в сборниках и тезисы докладов:

4. Щербаков C.B. Реакция 6(7)-бензоилперимидинов с элементной серой // H.A. Аксенов, C.B. Щербаков, A.B. Аксенов // Тез. докл. 2-й Международной конференции по химии гетероциклов «Новые направления в химии гетероциклических соединений». — Железно-водск. — 2011. - С. 272.

5. Аксенов A.B. Новый подход к иери-аннелированию тиофенового ядра к перимндинам // C.B. Щербаков, Д.А. Лобач, A.B. Аксенов // Тез. докл. Всероссийской конференции «Органический синтез: химия и технология». - Екатеринбург. — 2012. - С. 133.

6. Аксенов A.B. Исследование реакции 6(7)-бензоил(формил)пе-римидинов с серой // C.B. Щербаков, Д.А. Лобач, A.B. Аксенов // Успехи синтеза и комплексообразования: Тезисы докладов 2-ой Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной всемирному году химии: Ч. 1. Секция «Органическая химия - Москва, РУДН - 2012 - С. 178.

7. Аксенов A.B. Новый метод синтеза 1-тиа-5,7-диазациклопен-та[сс/]феналенов // C.B. Щербаков, Д.А. Лобач, A.B. Аксенов // Тез. докл. XV Молодежной школы-конференции по органической химии. - Уфа. - 2012. - С. 268.

8. Щербаков С. В. Новый метод пери-аннелирования тиофенового ядра // C.B. Щербаков, A.C. Ляховненко, Д.А. Лобач, A.B. Аксенов // Сб. статей 3-й Международной конференции «Техническая химия. От теории к практике». - Пермь. - 2012. - Том 1. — С. 348-349.

9. Дрищева А.Г. Реакция ацет- и бензамидов 1 Я-перимидинов с элементной серой // C.B. Щербаков, Д.А. Лобач, A.B. Аксенов // Тез. докл. XVI Молодежной школы-конференции по органической химии. - Пятигорск. - 2013. - С. 90.

10. Щербаков C.B. Синтез азот- и серосодержащих гетероциклов на основе реакций производных 1Я-перимидинаи 1,2,3-триазафеналена// C.B. Щербаков, Д.А. Лобач, А.Г. Дршцева, A.B. Аксенов // Тез. докл. 3-й Всероссийской конференции (с международным участием) «Успехи синтеза и комплексообразования». - Москва. - 2014. - С.

11. Лобач Д. А. 6(7)-Бензонлперимидины в синтезе серосодержащих гетероциклических соединений // C.B. Щербаков, Д.А. Лобач, A.B. Аксенов // Тез. докл. Междисциплинарного симпозиума по медицинской, органической и биологической химии «MOBI-CHEM». -Крым. Новый Свет. - 2034. - С. 88.

12. Щербаков C.B. 1-Фенил-1Я-1,5,7-триазациклопента[сй0феналены как результат реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нитробензолом // C.B. Щербаков, Д.А. Лобач, A.B. Аксенов // Тез. докл. Междисциплинарного симпозиума по медицинской, органической и биологической химии «MOBI-CHEM». - Крым. Новый Свет. -2014.-С. 176.

13. Лобач Д.А. Синтез 2-фенил-1-тиа-5,7-диазациклопента [с^феналенов сплавлением 6(7)-бензоилперимидинов с серой // C.B. Щербаков, Д.А. Лобач, A.B. Аксенов // Тез. докл. Уральского научного форума «Современные проблемы органической химии». - Екатеринбург. — 2014. - С. 166.

14. Щербаков C.B. Использование 6(7)-перимидинкарбальдегидов в синтезе 1-тиа-5,7-диазациклопента[о/]феналенов // Материалы XII международного семинара по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) - Ростов-на-Дону: ЮФУ, - 2015. - С.

91.

65.

Щербаков Станислав Владимирович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Подписано в печать 24.04.2015. Формат 60x84 1/16 Гарнитура Times New Roman Бумага офсетная. Усл. печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 119

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет» Отпечатано в полном соответствии

с качеством предоставленного электронного оригинала-макета в ООО «Ветеран»