Аренофосфепины с трех-, четырех- и пятикоординированным атомом фосфора. Синтез и некоторые реакции тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.08 ВАК РФ

Актуальность работы. Работа направлена на решение одной из важных проблем современного органического синтеза, включающей дизайн новых, перспективных соединений и разработку реакций для целенаправленного получения веществ с заданными (в том числе практически полезными) свойствами. Одним из перспективных подходов для решения этой сложной проблемы является синтез полифункционально замещенных Р-гетероциклическихктур, способных в одной колбе без выделения промежуточных соединений приводить к последовательности превращений, результатом которых является образование необычных кольчатых систем, труднодоступных для получения иными методами. Особенно важны циклические системы, содержащие макроэргические ангидридные связи, такие как смешанные производные фосфористой и карбоновой кислот. Открытоцепныектуры с макроэргическими связями Р-О-С(О) играют огромную роль в биоэнергетике клетки, в частности стадии гликолиза (окисление глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназой и др.). Среди такого типа соединений циклические производные менее всего исследованы. Одновременное присутствие нуклеофильного атома фосфора и легко уходящей карбоксильной группы создает необходимые предпосылки для использования смешанных циклических ангидридов фосфористой и карбоновой кислот в реакциях с соединениями, содержащими активированные кратные связи. В результате таких реакций образуются новые циклическиектуры с увеличенным по сравнению с исходным соединением циклическим остовом. Следует также отметить, что присутствие нескольких функциональных групп в одной молекуле приводит к реализации самых разнообразных превращений, весьма чувствительных к условиям проведения реакции, наличию третьих реагентов и т. д. Это позволяет в определенной мере прогнозировать свойства указанных систем и добиваться желаемого синтетического результата. Создание методологии использования таких фосфорсодержащих гетероциклов в органическом синтезе является актуальной задачей.

Целью работы является разработка методологических подходов к использованию циклических фосфорилированных производных гидрокси- и аминокарбоно-вых кислот и родственных соединений в синтезе новых типов Р-гетероциклов на основе оригинальных реакций расширения и сужения Р(Ш)-гетероциклов под действием соединений с активированными кратными связями С=0, С=С, С=К.

Научная новизна работы. В работе разработаны методологические подходы к синтезу новых Р(Ш, IV, У)-гетероциклов на основе природных гидрокси- и ами-нокарбоновых кислот. Впервые проведено систематическое исследование реакций циклических фосфорилированных производных 3-метил-, 4-метил-, 4-хлор-, 5-хлорсалициловой, 2-гидрокси-, 2-гидрокси-6-метилникотиновой, 3-гидроксипико-линовой, Ы-фенилантраниловой кислот, содержащих различные экзоциклические заместители у атома фосфора, с гексафторацетоном, хлоралем, этиловыми эфирами бензоилмуравьиной и пировиноградной кислот, тетрафторпропиловым эфиром 4-хлорбензилиденмалоновой кислоты, иминами. Выявлены условия и реагенты, позволяющие целенаправленно получать 1,3,2- и 1,4,2-диоксафосфепины, 1,3,2-, 1,4,2-оксаза- и 1,4,2-диазафосфепины, а также 1,2-азафосфепины с высокой степенью регио- и стереоселективности. Установлен ряд особенностей в свойствах фос-фепинов, аннелированных с пиридиновым кольцом, в частности склонность к переносу алкилыюго заместителя от атома фосфора к атому азота и высокая чувствительность к гидролизу.

В работе предложено использование реакций гидролиза полученных семи-членных Р-гетероциклов в синтезе функционализированных фторированных гид-роксикетонов, труднодоступных для получения иными методами. Вовлечение последних в реакции фосфорилирования позволило получить новые функционально замещенные производные Р(Ш) - 2-К-4,5-дигидро-4,4-бис(трифторметил)-5-оксо-бензо[с/]-1,3,2-диоксафосфепины, которые содержат активированную карбонильную группу в у-положении к атому фосфора. Выявлена необычная особенность таких систем - достаточная устойчивость, граничащая со склонностью к внутримолекулярным процессам циклизации. Обнаружено также, что новые Р-производные способны к реализации самых разнообразных превращений под действием реагентов с активированными кратными связями, в частности к образованию спирофос-форанов «пропеллерного» типа.

Практическая значимость работы. Разработаны эффективные регио- и стереоселективные подходы к синтезу новых полифункциональных семичленных Р-гетероциклов, которые являются Р-аналогами биологически активных природных соединений с антидепрессантными, противовоспалительными и противоопухолевыми свойствами. Они также перспективны в качестве полифункциональных лигандов нового типа в синтезе металлокомплексов, обладающих каталитической активностью в различных реакциях. Многообещающим является использование полученных фосфорных гетероциклов для синтеза функционализированных органических соединений ароматического и гетероциклического рядов, в частности фторированных гидроксикетонов.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003 г), XVI Международной конференции по химии фосфора (ICCPC-XVI) (July 4-9, 2004, Birmingham, UK), XIII Российской студенческой научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург,

2003), VII, VIII молодежных научных школах-конференциях по органической химии (Екатеринбург, 2004 и Казань, 2005), Всероссийской конференции «Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов» (Саратов, 2004), Международной конференции «Modern Trends in organoelement and polymer chemistry» (Moscow,

2004), IV Международном Менделеевском конкурсе научных исследований молодых ученных по химии и химической технологии (Москва,2004), 4th Fourth International Youth Conference on Organic Synthesis (St.Petersburg, 2005), International Symposium «Advances in Science for Drug Discovery» (Moscow, 2005), III, V научных конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2003 и 2005), итоговой научной конференции КГУ и ИОФХ КазНЦ РАН (Казань, 2006) и юбилейной научной сессии, посвященной 90-летию со дня рождения члена-корреспондента РАН А. Н. Пудовика (Казань, 2006).

Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганиче-ских соединений Химического института им. A.M. Бутлерова Казанского государственного университета им. В.И. Ульянова-Ленина в соответствии с темой Министерства образования и науки РФ "Теоретическое и экспериментальное исследование взаимосвязи структуры и реакционной способности органических соединений фосфора различной координации, а также производных других непереходных элементов и разработка на его основе эффективных методов синтеза новых типов веществ" (per. № 01200106137). Работа поддержана также грантами "Университеты России" (№ УР. 05.01.006, УР. 05.01.080), программой Президента РФ по поддержке ведущих научных школ (гранты № 00-15-97-424, НШ-750.2003.3) и совместной программой CRDF и Министерства образования РФ "Фундаментальные исследования и высшее образование" (REC-007).

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 188, страницах, содержит 30 таблиц, 44 рисунка и состоит из введения, трех глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения, в котором приведены рисунки спектров большинства полученных новых соединений. Первая глава представляет собой литературный обзор на тему «Реакционная способность циклических производных трехвалентного фосфора», в котором показано разнообразие процессов, протекающих с участием фосфорсодержащих циклических соединений (охвачен период 1999-2006 гг.). Вторая глава посвящена обсуждению полученных экспериментальных результатов. Третья глава содержит описание проведенных экспериментов.

ВЫВОДЫ Список литературы

175 177