Изучение реакций окисления 4Н-селенопиранов и их изоэлектронных аналогов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

РГО од 1 О ФЕО 1397

На правах рукописи

СМУШКИН МИХАИЛ ИСААКОВИЧ

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИЙ ОКИСЛЕНИЯ 4Н-СЕЛЕНОПИРАКОВ И ИХ ИЗОЗЛЕКТРОННЫХ АНАЛОГОВ

02.00 03 -органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Саратов 1997

Работа выполнена в Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского

Научный руководитель: кандидат химических наук

ДрсакоВ.И.

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки России,

. доктор химических наук, профессор Климскко С.К.

кандидат химических наук, доцент Пчслннцева Н.В.

Ведущая организация: НИИ Физической и органической химии при Ростовском государственно;.: университете

Защита состоится гт февраля 1997 года в ^т часов па заседании Специализированного Совета Д 063.74.04 по химическим наукам при Саратовском государственном университете им. Н.Г.Чсрнышевского (410071, г.Саратов, ул.Астраханская, 83,1 корпус, химический факультет)

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке СГУ. Автореферат разослан 2к января 1997 года.

Ученый секретарь Специализированного Совета,

кандидат химических наук*, доцент Федотова ОЛ5.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интенсивное развитие, которое получила в настоящее время химия халькогенсодержащих и, прежде всего, селенсоДержащнх гетероциклов, обусловлено их высокой практической ценностью, а также тем, что данные соединения могут служить модельными системами при изучении некоторых общих теоретических вопросов химии гетероциклических соединений.

Соединения, содержащие 4Н-халькогеяопирановый и (или) халькогенопири-лиевый фрагменты, имеют рад практически ценных свойств и могут быть использованы в качестве лекарственных препаратов, радиопротекторов, инициаторов фотополимеризации, компонентов для создания фотопроводящнх материалов, фотогальвамических элементов, оптических записывающих сред и быстрорелаксирующих Пассивных затворов лазеров. Кроме того, установленная в последнее врем* большая роль селена как ультрамикроэлемеита в жизнедеятельности животных и человека обуславливает ак-тульность поиска и изучения свойств низкотоксичных селенорганичсских соединений, в том числе содержащих 4Н-селенопирановый фрагмент. Однако несмотря на высокую практическую значимость халькогенсодержащих гетероцнклоп, химия моноциклнчес-ких шестичлепиых гетероцнклоп относительно мало изучена, а реакции окисления 4Н-селеиопираноп представлены в литературе отдельными примерами. Для каждого из описанных в литературе направлений реакции окисления 4Н-халькогенопнрапоо была предложена своя схема протекания, и то время как общин подход к рассмотрению окислительных процессов (кроме реакций, протекающих но механизму одноэлек тройного окисления) отсутствовал.

Таким образом установление общих закономерностей протекания данных провесов в результате систематического изучения свойств 4Н-сслснот1ранов и их изо-лектронных аналогов позволило бы, с одной стороны, осуществлять npot позирование войств подобных соединений и целенаправленный синтез на их основе веществ с прак-ически ценными свойствами, а с Другой - дало бы дополнительную информацию для зупеиия механизмов биологического действия 4H-cc.icm>[iiip.inoa и других селенорга-ических соединении, в основном заключающихся в их участии в окислительно-кстаиовте-'и.иых процессах в организме. -

Работа выполнена и соотвем" нки с тематикой госбюджетных исследований по ■ме:" Разработка номых методов синтеза. изучение реакционно» способности и ctcpco-росния О-, N-, S-, Sc-сидсржащих ппероииклических и гаероорпшических соедине-lii с одним или несколькими гстсроаюмами. и том числе ф> нкпионалыгозаммцк-мны-f (юс. per. № 3.66.'«.), а также при поддержке государственных научных программ "онкий органический сшпсП IW2-1W5 г.г.) и "Унивсрситсты России"( 1992-IVM гг.).

Целые работы явилось выявление общих закономерностей процессов

окисления 4Н-селеншшранов, 4Н-тиопиранов, а также 4Н-пиранов в результате систематического изучения реакций окисления данных соединений с использованием экспериментальных химических, физико-химических и расчетных квантовохимичесхих методов, исследование свойств образующихся продуктов окисления и поиск путей их практического применения.

Научная иовизиа проведенного исследования заключается в том, что:

- впервые предложена и обоснована общая схема процессов окисления, объединяющая как впервые установленные реакции и процессы, так и известные в литературе, позволяющая прогнозировать свойства 4Н-халькогенопиранов в реакциях с окислителями;

г выявлено влияние структуры 4Н-халькогенопиранов и природы окислителя на направление процессов окисления, что дает возможность осуществлять целенаправленный синтез 4Н-(сслено)тиопиран-4-оноз, ароилСселоноУпюфеаов и фуранов, солей (селено)пюпир1Шия, 1,1-дигалогеН-4Н-селеиопиранов;

- получены новые данные о реакционной способности 4Н-халькогекопираноз, установлены новые пути их использоланвд в органическом синтезе. Впервые осуществлен переход огг 4Н-пиранов к ароилфураиам, а таже енптез Ы-лнгалогсн-Щ-селено-пнранов, обнаружена реакция днепропорцнонирования по у-атому углерода 4-метокси-2,6-дифен:1Л-4Н-селенопнрана.

Практическая исиность ряботы состоят в том, что:

- разработаны препаративные способы получения 4Н-(селено)т1!опиран-4-онов, ароил(селсно)7иофсноп и фуранов, 1,1-дигалоген-4Н-селснопнранов на основе 4Н-ххтькогенояиранов и солей халькогенопирплщ!;

- установленные нами закономерности процессов окисления 4Н-халькогено-пиранов могут-быть использованы при исследовании механизмов биологического действия ссленорганических соединений;

- краситель халькогенопирилоцианинового ряда, впервые синтезированный на основе разработанных нами методов синтеза, показал высокий квантовый выход сенсибилизации в длннноводаовой области спектра и является псрспективнмм для использования в качестве фотосенсибилизатора электрофототермопластов;

- изучение свойств ыетоксихалькогенопиранОв дало возможность модификации созданного на их основе пссвдореверсивного оптического химического сенсора для определения кислот с рК» до 10 в воде и их паров в воздухе;

соли (сетешОтиогырилия, синтезированные иа основе метоксизамещенных (селено)тиопиргнов, показали активирующее действие на глутаминсинтетазу и являются перспективными для создания на их основе новых биологически-активных соединений.

На защиту выносятся: результаты изучения реакций окисления 4Н-селеко-пирзнов и их изоэлектрошшх аналогов, установленные общие закономерности процессов окисления 4Н-халькогенопиранов, предложенная схема процессов окисления и ее обоснование.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены и обсуждались на V Межвузовской конференции "Карбонильные соединения в синтезе гетсроциклов" (г. Саратов, 1992); Международной конференции молодых ученых "Органический синтез: история развития и современные тенденции" (г. Санкт-Петербург, 1994); Симпозиуме по органической химии (г.Санкт-Петербург, 1995); 4-й Международной конференции по гетероатомной химии (г.Сеул, 1995); ! 5-ом Международном конгрессе по химии гетероциклических соединений (г.Танбэй, 19°5); VI Всероссийской конференции "Карбонильные соединения в синтезе гетсроциклов" (г.Саратов. 1996).

Прикладная часть работы обсуждалась на Международной конференции "Сенсорные системы и компоненты" {г.Санкт-Петербург, 1993): Седьмом международном совещании по химическим реактивам "Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии" (г.Уфа, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано б статей в центральной печати, 2 статьи в сборник научных трудов и 1 статья о межвузовском сборнике, 7 тезисов докладов на научных конференциях.

Оо^ем и структура ряГстты. Диссертация изложена на 125 стр. машинописного текста и включает введение, 4 главы, выводы, список цитируемой литературы из 162 наименований. 16 таблиц, 2 рисунка.

Глава 1. представляет собой обзор литературных данных. В Главе 2. обсуждены результаты собственных исследований. В Главе 3. рассматриваются пути практического тримепепия полученных результатов. В Главе 4. представлены методики жепернменгл I характеристики полученных соедшмшн.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ 4Н-ХАЛЬКОГЕНОПИРАНОВ Анализ литературных данных показывает, что 4Н-халькогенопираны способны вступать в реакции окисления с образованием различных гетероциклических систем, прячем окислению могут подвергаться как отдельные фрагменты молекулы (гетеро-атом, двойные связи или у-метиленовое звено), так и гетероциклическая система в целом. 4Н-Тиолираиы, а также их конденсирование аналоги наиболее изучены в реакциях окисления по сртшпо е ПНРШШИ, еедарпнранами и теллуропиранами, что, вероятно, обусловлено в еяучт ееденОШДОИРВ и теллуропираиов их труднодоступ-костью. Как известно, окисление 4Н-хдлькргрцориранов может приводить к образованию различных соединений » содей халькогенопирилия; продуктов сужения цикла -производных тиофенов, селеиофйюв.или теллурофелов; продуктов окисления по гетс-роатому; продуктов окисления метиленового звена; продуктов, окисления по двойным связям; продуктов окисления, связанных с деструкцией гетсроцикла. Для каждого из описанных в литературе направлений реакции окисления, а иногда и для каждого конкретного окислителя в рамках одного и того же направления, предложена своя схема протекания, в то время как об^цие подходы к рассмотрению окислительных процессов 4Н-халькогеиопиранов до настоящего времени отсутствовали. Кроме того, реакции окисления моноциклических 4Н-селенои:!ранов (кроме хорошо изученной реакции ге-тероароматизации) представлены в литературе единичными примерами.

Все это послужило основанием для систематического изучения окислительных процессов 4Н-халькогснопйранов, выявления общих закономерностей, возможных ин-термедиатов л обоснования общей схемы реакций окисления.

2. ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИЙ ОКИСЛЕНИЯ 4Н-СЕЛЁ1ЮПИРАНОВ И ИХ ИЗОЭЛЕКТРОННЫХ АНАЛОГОВ

2. 1. Реакции 41]-хальхогсиепирсшов с псроксидо.н водорода,

пермангапатом калия и диоксидом селсиа.

Известно, что пероксид водорода и иадкиелотьг являются типичными реагентами, окисляющими сульфиды и селснпды до сульфоксидов, сслсноксидов, сульфоноп и селенонов. В связи с этим при действии на ди- и тризамещеиные 4Н-(сслено)тиопираны Пероксида водорода в нейтральной среде можно было ожидать образования 1-оксо- или 1,1-диоксо-4Н-(селеио)тиопираяоя. Однако, проведенные нами исследования показали, что 2,6-дифенил-4Н-селенопиран (¡> при взаимодействии с пероксидом водорода в водно-бензольной среде образует 2,6-дифенил-4Н-селенопиран-4-он (2) (40%). К этому же

продукту (с выходом 38%) приводят я гппнслгяис перокскдом водорода 2,<б-дифетш-4-метокси-41!-селенотфана (3). 2,б-Дифс.1кл-4Н-Т110Пирзн (4) а аналогичных условиях образует слодаюразделяемую смесь продуктов. Продуктами реакции 4Н-селснопирзпа I и 2,б-д![трет-бутгш-4Н-селеиопирз1!а (?) с перманганатом калия в ацетоне также являются соответственно 4Н-селепопиран-4-он 2 (45%) и 2,б-дитрет-бутил-4Н-селенопиран-4-ои(6)(30%).

Окисление пероксидсм содорода 2,4,6-трифгш1Д-4Н-селенопнрана (§) и 2.4,6-трифешш-4Н-тиопирана (2) также üc дает продуктов окисления по гетероатому, а приводит к образованию продуктов сужен::* цикла - соответственно 2-бе!понл-3,5-лн-фенилсеяенофену (10) (27%) и 2-бе1Поил-3,5-дкфенилтиофеиу (Ц) (26%). Тиофен Д образуется с выходом 32% и при окислении 4Н.ткош1рана 9 пермзнгаиатсм калия. Следует отмепггь, что реакции 4H-cc.ie!!om;pana S и 4H-Tiiomipana ? с псроксидом водорода и тнопнргпа 2 с псрмзнганатом калия протекают аналогично иззгетнон реакции :ип\ хзлькогекопирзнов с диоксидом селена в пиридине, В связи с этим можно было ожидать, что незамещенные в у-положешш 4Н-селснопнраиы 1 и 5 будут о: пеляться этил; реагентом до 4Н-сслсиоп!1р:п;-4-о;!СП 2 и 6, однако основным направлением этой реакции оказалось образование продуктов сужения цикла - соответственно 2-бензои.ч-5-фяшлселспофемз (12) (34%) » 2-[1-(1-оксо-2,2-диметнлг:роп;1л)]-5-трст-бутн.':сслснофе11а (13) (12%), а соответствующие хапькогенопиран-г-опы зарегистрированы не был;!.

О

Ph R^H

,—( н,о7/сАнл и,о,/с6н6

Г U D-Il

Fl й [1

R=I1.0N!e; X=Sc X Ph Ph

О

12.1! ~ 1-3.3S

R=!I Ш. OMc (J), Fh (3,2); X=Sc (1.3.3,13). S (3.11)

Ph

KMnO, / Mi-,CO

---!_»»

R,=Pb.t-Uu;R,=ll

1

RI-ph (1.2.9). 1г«-Пи<?.Л>: R2-M Ü.?>-i>h l?>; 4*1's ®

II fl

Ä I'N/S

t.s

ScO,/C<,!ljN

¡: -га (i.ni.

Таким образом, ни в одном из экспериментов не были выделены продукты окисления 4Н-халькогенопиранов по гетероатому, а направление реакции окисления под действием пероксида водорода или перманганата калия определяется строением исходного 4Н-халькогенопирана. Наличие в у-положении заместителя, не способного к легкому элиминированию, летает невозможным иной путь реакции, кроме сужения цикла, а при действии диоксида селена в пиридине сужение цикла наблюдается независимо от наличия такого заместителя*

г.б-Дифенилселетциклогексан Ц4) при взаимодействии с пероксидрм водорода в водно-бензольной среде с выходом 78%: образует I-оксо-2,6-дифенилселена-циклогсксаи (15), а 2,4,6-трифе]шл-4Н-пиран (10 не окисляется в данных условиях.. Окисление 2»4,4,б-теграфенил-4Н-селснопиранаЦ2) пероксидом водорода или перман-ганатом кадия приводит к разложению окислителя-без образования значительных количеств каких-либо продуктов реакции. 4Н-Селенопиран-4-он 2 также не вступает в реакцию с пероксидом водорода ни при 25°С в бензоле, ни при нагревании в уксусной кислоте, в то время как 4Н-селснопиран 8 е пероксидом водорода 5 среде уксусная кислота-вода образустселенофеи 12 С выходом 82%.

РЬ.

РЬ

"г°2 рь РЬ

н2о2

Бе 4

РЬ

сн3соон/н2о РЬ

5е № "Бе : ~РЬ РЬ

Метоксизамещенный 4Н-селенопнран 2 при взаимодействии с окислителем, имеющим кислотный характер, таким как Триоксид хрома (в присутствии следов влаги образующим хромовую кислоту), вступает с ним в реакцию не как с окислителем, а как с кислотой, образуябихромат2,6-дифенилссленопирилия (¡8) с выходом 61%.

Установлено« ето 4-метокси-4Н-ссленопиран $ яри хранений 8 раствор« в присутствии следов воды превращается в смесь селенопирзна I и селснопиран-4-она 2 (выделены с выходами 37 и 32% соответственно), что, предположительно, является следствием диспропорционирования по г-атому углерода промежуточно образующегося 4-гщфоксн-2,6-дифенил^Н-селенопирана.

ОН

РЬ "Бе НСг207"

Д.

РИ&: РЬ

2.2. Реакции 4Н-халькогепопирегт с тетравцетвтам ситца.

При окислении тетраацетатом свинца в бензоле при 25"С 2,4,6-трифенил-4Н-селеиопнрана (8), тиопирана (9) и пирана (16) во всех трех случаях происходит образование продуктов сужения цикла - селенофеяа И), тиофена Д и фурана 19 (с выходами 69,37 и 58%), причем время реакции для селенолирана 8 (60 мин) и тиопирана 9 (40 мин) меньше, чем для их кислородного анзлога - пирана 16 (230 мин).

При изучении взаимодействия с тетрааЦетатом свинца 2,б-днфенил-4Н-халько-генопнранов установлено, что продукт сужения цикла - фуран 21 в значительных количествах (28%) образуется (вместе с иеидентифицироваиными продуктами) только при реакции 4Н-пирана 20, в то время как основными продуктами окисления в тех же условиях селенопнрана 1 и тиопирана 4 являются, соответственно, ссленопнранон 2 (46%) и тиопираион 2.(43%), а селенофеи 12 и тиофен 22 образуются в виде примесей с низкими выходами (соответственно, 8 и 6%). Таким образом, лоддействием тетраацетата свинца нами впервые осуществлен переход от 4Н-пнранов к лроилфурана\1.

РЬ

РЬ(ОАС)4/С6И6

РЬ(ОАС)4/С6Н6 РЬ --—1--

10.11,13

РЬ(ОАс)4 -

XiS.Sc РЬ РЬ

22.2i.25

Ш2',.

Х=5с (2.«,И1.П.?3). 5 (7.4.11.2124).О(Ц'.ШО.У) .

Окисление тетраацетатом свинца трифторацетато» 2.4,6-трнфлшлсс.тсно-пиршшя (|3). таопирилия (24) и ниридия (2$) в условиях, аналогичных окислению соответствующих халькогенопираиов. приводи Г. к образованию одних и тех же продуктов -селепофена !0, тиофена Ц п фурана 1?. причем при использовании солен халъкогеио-пирилия наблюдаются более высокие выходы продуктов реакции («ютчпвенио 74.55 и 86%).

2. Я. Реакции 4И-гслсш>ттрат>в сгалогашмв. Селенониран 17 рсагир>сг с хлором и бромом в дихлормстане с образованием соошетавсшю 1,1-дихлор-2,4.4,6-геграфе|ш;|-4М-селенонирана(26) (ХЗ"/<.) и I Ьдибром-2.4,4,6-1 счрафени.г-Ш-ссленонираиа <27)<94" :>). 4Н-(Ч\1споШ1ран Я в реакции с бромом а

аналогичных условиях подвергается гстероароматизащш с образованием трибромида 2,4,б-трифенилселеиопирилна (2§) с выходом 69%. Необходимо отмстить, что реакция присоединения галогенов к 4Н-селенопирану Ц является обратимой, а 1,1-дигадогенпроизаодиые 4Н-селснопирано8 26,27 получены впервые и представляют собой ранее не известный тип селенсодержащих гетсроциклов. РЬ

Вг,-

2Вг2/сн2а2

-НВг

к=н

ш

РЬ^Бе Рп На! На! МЛ

На1=а <ж гг (аз-, я=н рь щ)

Бе

ш ш

2.4. Реакции ■Ш-хелъкогсиояирапог с о-хлораказом.

При изучении окисления 2,4,б-трифенил-4Н-селено- и тиспиранов 8,5 о-хлор-аиилом в нейтральной среде (эфир) установлено, что данные соединения подвергаются гетероароматкзации и превращаются в солеобразиые продукты, причем на окисление 1 моль исходного 4Н-халькогсиопирана расходуется ! .5 моль с-хлоранила. Данные ПМР, ИК-спектроа и элементного анализа позволяют приписать полученным соединениям структуру солей 2,4,6-трифс>п(л(селено)'Пюпнрилкя 29-30, а которых для двух гетсрог-роматичсских катионов имеется общий днаниои, предположительно перокгидпого характера. Взаимодействие халькогенопирацов 5,9 с о-хлоранилом протекает аналогично известной реакции с этим окислителем пираиа 16. Выходы соединений составили: 29 -87%, 39 - 93%. При обработке растоворов этих соединений в уксуской кислоте или ацетоне хлорной кислотой образуются известные перхлораты 2,4,6-трифенилхалько-геиопирилия 22>32- •

№ -н

нею

Х=5с (8,32,21), Б (9,23.21), о (ШЬ

Й-ЗШ

2.5. ОВщие закономерности процессов схвсле.чия Ш-халькогепотртюв.

При систематическом изучении реакций окисления 4Н-селенопнранов и их иэо-электронных аналогов установлено, что:

1. Различные окислители в различных условиях в реакциях с 4НЧселено)тио-пиранами приводят лишь к ограниченному числу типов продуктов реакции, что говорит о возможных общих интермедиатах этих процессов;

2. При проведении реакций окисления с использованием реагентов, способных образовывать продукты окисления гетероатома, выделить последние не удается, а наблюдается более глубокое окисление даже в мягких условиях;

3. В процессах окисления наблюдается специфическое поведение 411-пнранов по сравнению с 4Н-тнопиранамн и селенопирапами, заключающееся либо в отсутствии окисления, либо в более медленном протекании процесса (когда возможен одно-электронный механизм), что может быть связано с невозможностью окисления по гете-роатому 4Н-пиранов.

Указанные особенности процессов окисления, а также анализ из-естиыч в литературе результатов исследований реакций окисления соединении, содержащих 4Н-халькогенопирановым фрагмент, позволили сделать заключение, что изученные реакции протекают через образование интермедиатов, представляющих собой продукты окисления гетероатомов исходных халькогенопнраноа, и предложить следующую схему превращений:

1. На первой стадии происходит образование продуктов окисления по гетсро-атому 4Н-халысогснопнранов - 1-оксо-4Н-(селсно)тИопнрано» Д (под деист пнем пер-окенда водорода, диоксида селена или перманганата калия). 1.1-лнлцетагов 4Н-(ссясно)тнопнранов О (под действием тетралцетага свинца) или 1.1-дигалогеш1доз 4Н-(селсно)тиопнраноп Ц (в реакциях с галогенами). Окисление перокендом водорода в кислых средах, тетраацетатом спинка и галогенами может протекать и по известному одноэлектронному механизму, однако отсутствие окисления пирана (не способного образовывать 1-окнд) перокендом водорода в центральной среде и более медленное окисление этого соединения тетраацетатом свинца, по сравнению с соответствующим тионираном и сслепопнрапом, указывает на отсутствие одногчектронного механизма п первом случае и па меньшую его предпочтительность, по сравнению с олноисктронным окислением, но шчром. В тех случаях, котла образование продуктов окисления но имероагому невозможно. реакции окисления пли не имеют места вообще, или. если по иошожио. проюкаюг но о.чшплектроиному механизму (как в случае окисления 4Н-пираиип (страацекиом свинца).

2. Стабильность образующихся на первой стадии продуктов и возможность их перегруппировки а более устойчивые соединения обуславливает кх дальнейшие пре-лращення. Так, неустойчивость 1-оксо-4Н-(селено)тиопиранов Л и 1,1-диацетатов С приводит к образованию соответственно гидрокси(селено)тнопиранов Д,С или ацетатов (сслено)тиопирилия Е, результатом дальнейшего окисления которых являются итоговые продукты реакции - халькогенопнраи-4-оны и пятнчленные ароматические гетеро-никлы. В кислых средах протонирование 1-оксо-4Н-(селено)тиопирана Л приводит к увеличению кислотности у-атома водорода п интермедиате ■£ и делает более легкой перегруппировку, приводящую к соли (селено)тиопнр!иня Е.

Предположение о той, '¡то 1-оксо-4Н-халь:<огспот!раНы Л способны подвергаться перегруппировке, основано на известных литературных фактах (перегруп-пнроэкд ¡-оксоселсноксаптенов з 9-гидрокеиселсноксантеиы) и подтверждено данными кпаптогюхимичееких расчетов. Сравнение результатов расчетов энергетических характеристик первой стадии перегруппировки (стадия переноса протона), проведенных нами с использованием метода ССП МО Л2САО в приближении ММ О О с параметризацией РМЗ, поклзыегет, что перегруппировка Л -» О для Ьоксоселспоксантепоа и тиоксаитеиэв зидотерначка (21,3 и 44,3 кДк/моль), в то время как для 3-оксо-4Н-селснопиранси и тполирг.нсз - зкзотермична (47,9-63,4 к 24,8-43,8кДж/мояь). Кроме того, зпергии Гиббса активации для первой стадии перегруппировки 1-оксоселено-ксантгисз :: тиоксантеиов (148,Б и 176,7 кДж/моль) приблизительно на 50 к-Дж/моль бельке, чет.: энергии Гиббса активации перегруппировки 1-сксо-4Н-ссленопиранов и тиояиргпов (95.6-101,! и 122,3-129,5 кДж/моль).Таким образом, полученные данные показывают, что перегруппировка Д -> Г) для соединений с 4Н-(селено)тиолирановой структурой протекает легче, чем для соединений с (селсно)тиоксантеновой структурой.

Ео'лыиая устойчивость и больший активационный барьер первой стадии перегруппировки 1-океоееленоксантенов и 1,1-дигалоген-4Н-селенопнранов Н, которые удается зафиксировать (в случае реакции с бромом селенопирана 8), а при невозможности перегруппировки (для соединений 26,27) - выделить и охарактеризовать, позволяет остановить процесс окисления на данной стадии. Однако в более жестких условиях такая перегруппировка показана для !-оксоссленохсантснов и возможна для 1,1-дигалоген-4Н-селенопираиов.

2. Предложенный механизм перегруппировки окисленных по гетероатому 4Н-халькогенопиранов Л,Г,С,И включает в себя стадию образования структуры О с положительным зарядом на атоме халькогена и отрицательным зарядом, дслокализованным на а- и у-атомах гетероцикла. Подобные структуры достаточно часто рассматриваются как интермедиаты в реакциях соединений, имеющих халькогснопирнлиевый фрагмент с нуклеофилами или при у-депротонировании под действием оснований сульфониевых пли селенонисвых солей, полученных из соединений с халькогенопирановой

структурой. В предложенных и описанных выше перс- ^ ,

группировках образование структуры П также происхо- +уН дат как результат у-дспротоннровання, ю . Б

внутримолекулярного, где в качестве основания высту- у=0",0Ас,На1

паст заместитель у гетероатома. Интермедиаты Г) могут быть стабилизированы за счет резонансной структуры типа халькогекабснзола, однако отличаются крайне высокой неустойчивостью и склонностью к образованию 4Н- и 2Н-халькогснопиранов через переходное состояние ГУ или солей халькогеноппрнлия Е. Такие превращения, как известно, протекают с высокой скоростью, что говорит о низком актнвационном барьере этой стадии перегруппировок.

Если в силу структурных особенностей !-оксо-4Н-тиопираноз (например, атом водорода у-положешш находится в экваториальном положении из-за наличия р-заместителя, пли невозможно образование переходного состояния в виде ионной парь: О* с катионом гстероароматическои природы) их дальнейшая перегруппировка не имеет места, то процесс останавливается на этой стадии или протекает далее до ! ,1-Дн-оксо-4Н-тиопиранов. 1-Оксо-4Н-ссленопирапы и сслепотфан-4-оиы в этом случае подвергаются разложению из-за неустойчивости образующихся селеноксидов. Разложение последних протекает через гидратацию связи 5с=0 с последующим распадом 1,1-диокси-4Н-селенопирана на исходный ссленопиран, кислород и воду (что наблюдается при окислении соединений ]7 и 2). Окисление ссленациклогсксана 14 останавливается на стадии образования 1-Оксосслснациклогсксана 15, насыщенная структура которого исключает возможность перегруппировки. 4Н-Хал1гКогенопираны, пс тлеющие в -/-положении атома водорода, не способны подвергаться гстероароматичацип н п реакциях с галогенами образуют либо 1,1-дигалогсниды (как при таимолсйствпи с галогенами 4Н-сслснопирана 171- либо, если такие соединения неустойчивы - пролукчы реакции по двойным связям гетероцикла (как в случае О- и Б-аналогов соединения 17).

РЬ ол

«5= О

рь

к Г*

РЬ

+ н20+ 1/2 02

1Ы

Х=ОД

На1 4 Н л Н

3. При изучении реакции окисления тетраацетатогл свинца 4Н-халькогсно-лиргнов способных окисляться как с образованием 4Н-халькогснопиран-4-онов, так и йро5,.л(се.'1ено)тз*,сфеиоз или фурзнов) установлено, что количество продукта окисления с сужением цикла при переходе от селенопкргна и тиопирана к пярану увеличивается. Принимая во вкиызнне тот факт, что сужение цикла может происходить, сслп ккгермедаэтом является соединение с 2К-пКрановой структурой, а обрззозание . пхргиенг; если шпърмглиат - соединение с 4Н-пирзновой структурой, можно сделать пь;год оо образовании подобных структур в хеде реакции окисления, а также о том, что ;;х соотношением будет определяться соотношение количеств продуктов окисления двух типов.

Мола^па^е соотношения изомеров, образующихся при реакции сплсй халькегенопнрплия с метилатом натрия

Проведенные нами исследования реакций солей 2,4.6-трифенилхалькогено-пирилия 24,35,36 и 2.6-длфсиилселено-пирилия 37 с метилат-аиионом, а также известные данные о таких реакциях солей г.б-дкфеннтоюпйрлтия 23 и 2,6-дифеиил-пирилия 32, приводящих к образованию смеси 4-мегоксн-'?Н-халькогенопиранов 2.13-42 и 2-метокси-2Н-халькогенопира-иов 45-Д6 показывают, что а ряду 0-Б-5е в обоих случаях возрастает количество 4Н-»помера, а в случае одинаковых гетероатомоз количество 4Н-изомера больше в случае дифенильных солей, чем в случае трифенильных. Такая закономерность проявляется в условиях и кинетического и термодинамического контроля реакции.

Исходная садь Малярное соотношение нзомегюв 211:411

№ X й

У* О Н продукт #7

зя Б н 1.06

37 Бе н <0.02

36 О РЬ >50

35 5 РЬ 6.6

34 Бе РЬ 1.3

-и

а-зг 1М41 а

Х=Яс Ш.4Ш), Я (35,¿2,®. о (Шй); Х"3е (21,2). в (38,«Ш, О (22)

Сравнение данных, полученных при изучении реакции окисления 4Н-халько-генопиранов тетраацетатом свинца с результатами исследования реакций присоединения нуклеофилов к солям халькогенопирилия 24-29, приводит к заключению, что промежуточно образующиеся соединения с 2Н- и 4Н-пирановой структурой, окисление которых дает итоговые продукты, возникают как результат присоединения нуклеофила к интермедиатам гстероароматической природы. В случае окисления тетраацетатом свинца интермедиаты 0 и £ образуется при гидролизе ацетата халькогенопнрндия Е, а при окислении псроксидом водорода, перманганатом калия или диоксидом селена - при перегруппировке интермедиата В через переходное состояние В" в виде ионрой пары, катион которой имеет гетероароматическую природу. Сужение цикла в случае 4Н-селенопираноа1,5, а не ожидаемое образование халькогенопиранонов под действием диоксида селена й пиридине происходит вследствие того, что образующийся в реакционной смеси комплекс С5Н5М5сО! катализирует изомеризацию и этих ссденопира-нов, и образующихся из них при.окиелеиии мтерцедиатоа С в термодинамически более устойчивые 2Н-изомеры, результатом окисления которых й являются продукты П,|3.

'"' 4. Образующиеся в результате перегруппировки иди в результат^ гидролиза солей халькогенопирилия 4-гидроксн-4Н-халькогснопираны либо превращаются в халькогенопиран-4-оны по механизму окисления или * диспропорционйро.вания по -/-атому углерода, либо, если это возможно {повышение температуры, катализатор изо* меризации), образуют более устойчивые 2-пщрокси-2Н-халысогенопираны В. Окисление последних с сужением цикла, вероятно, протекает но следующей схеме:

(О] = И202. РЬ(ОЛс)4. КМп04. &ю2; V = ОИ. ОАс. МпО+. 5сОН

Предложенная схема превращений 4Н-халькогенопиранов, включающая перегруппировку продуктов окисления 4Н-халькогенопиранов по гетероатому, дает возможность объяснить некоторые специфические процессы в химии 4Н-халькогено-пнранов.Тах, описанная в литературе реакция 2,б-дитрет-бутил-4Н-халькогенопиранов с НРР*, приводящая к образованию гексафторфосфатов халькогенопирилия и молекулярного водорода, хорошо объясняется, если предположить, что на первой стадии реакции происходит протонирование молекулы 4Н-халькогенопирана с образованием гсксафторфосфата хадькогенопираноння, который, перегруппировываясь, образует указанные продукты. Проведенная нами реакция 2,б-дитрег-бутил-4Н-селенопирана 5 с бромоводородной кислотой: привела к образованию продуктов диспропорционирова-ния - соли 2,6-дитрст-бутклселенопирилия 49 (46%) и 2,б-дптрет-бутилсгленацикло-гсксана 50 (28%). Из этого можно сделать вывод, что особое поведение 4Н-халькогсно-пираноа в реакции с гексафторфосфорной кислотой обусловлено не наличием объемных трэт-Сут'.5Ль;\ых заместителей и затруднением дислропорционирования, а специфическим действием сильной кислоты НРР«, приводящим к протонированню гетероатома.

н ■ н

; 5. ; > • ; Вт*" й2пВг? ; Я-:т-Ви - :

, Протоиированием гетероатома с последующей перегруппировкой можно также объяснить реакцию октагндро(селено)тиоксаягеиов, р-замещенных 4Н-тиопяранов и ■ду-дизамещенных пиракоис кислотами, протекающую с о-пцепленнем ткенильного, анизильного или бензилыюго заместителей из у-положения гетероцикла с образованием гяофеиа, анизола или толуола и незамещенной зу-положении соли октагидро(селено)-шоксантнлия,тиопирилня или монозамещенной а у-положении соли пирилия.

К РЕ

Х=0.5Де,Те

6_1

&

а

НА-

: к н.

Х+ А"

■ИН

Х = 0.$,5е .

Подобные процессы не наблюдаются в аналогичных условиях для незамещен-гых в Р-положении 4Н-тиопиранов и селеиопиранов (подвергающихся в этих условиях шепропорциоиированию). Специфическое поведение замещенных в р-положении Ш-тнопнраноо и октагидро(селено)тноксантенов обусловлено тем, что наличие в

р-положенки заместителя приводит к стабилизации конформера с аксиальным положением у-заместитсля и экваториальным у-атомом водорода в 4Н-(селено)тиопирановом фрагменте, имеющем конформацию "ванны", что делает возможной перегруппировку с элиминированием заместителя. Отсутствие замещающих групп в Р-положеиии приводит к экваториальному расположению заместителя в /-положении и исключает перегруппировку с его элиминированием.

Таким образом, на основании представленных экспериментальных данных, результатов расчетов с использованием полуэмпирических квантовохимических методов и известных литературных сведений сделана попытка объединения известных и впервые обнаруженных нами процессов а химии моноцнклических 4Н-халькогенопиранов, и результате чего установлено, что в основе окислительных процессов 4Н-халькогено-пиранов могут лежать два принципиально различных механизма:

1. Окисление с переносом электрона под дейст вием одноэлектронных окислителей, приводящее к образованию халькогенопирилиевых солен. Реакции, протекающие по такому механизму, осуществимы для всех четырех типов халькогенопнраноз -4Н-пиранов, тиопиранов, селенопиранов и теллуропираноз. В случае, когда возможен только одаоэлектронный механизм.(окисление о-хлораннлом), поведение пирапов не отличается от поведения тиопиранов и сгленопиранов.

2. Окисление, протекающее через образование интермедиатов, представляющих собой продукты окисления гетероатомов исходных халькогенопиранов. Данный механизм, предложенный и обоснованный паки впервые, дает возможность объяснить многие процессы химки 4Н-халькогскопнраноа с единых позиций.

В условиях, когда возможно одиоэлектронное окисление, этот механизм и окисление по гетсроато.му конкурируют, а предпочтительность того или иного механизма определяется относительной устойчивостью и возможностью образования продуктов окисления по гетероатому. Повышение их устойчивости приводит к возрастанию роли одноэлектронноГо механизма. Если продукты, образующиеся . при окислении 4Н-(сслено)тиопиранов но гетероатому неустойчивы и легко подвергаются перегруппировке. то реакция протекает через стадию окисления по гетероатому, даже если таможен однозлектронный механизм. Если одиоэлектронное окисление невозможно, то реакции 4Н-(селеио)тиониранов с окислителями ирогскакп но предложенной нами схеме. а 4Н-пираны не окисляются в данных условиях вообще.

Как видно из представленных результатов, природа гетерозтома и структура •Ш-халькогенопирана представляют собой основные факторы, влияющие иа направления процессов окисления, а предложенный и обоснованный механизм дает возможность прогнозирования свойств 4Н-халькогенопиранов и целенаправленного синтеза на их основе различных типов гетероциклов.

3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 1. Разработанные методы синтеза 4Н-халькогснопиран-4-онов позволяют получать обладающие практически ценными свойствами красители халькогенопирило-цнаиннового ряда, сократив число стадий и увеличив выход целевого продукта. Так, хальксгснопнрилоцианнновый краситель - 2,6-днфенил-4-([4-(2,б-дифснил-4Н-тио-!1ираши!иден)]метил)селшопиридня перхлорат, имеющий . Хша».(СНС1з)=632 им

е = 4,91), с > 4 при =560-720 им, показал высокий квантовый выход (==0,5) фотосенсибилизации э ле ктрофототс р м он л а стоп в длинноволновой области спектра и является перспективным для иепользовашщ в создании оптических носителей записи.

2. Модифицирован псгвдореЕерсивный оптический химический сенсор, основанный на образовании окрашенных солей тиопирилия Хта*(СНСЬ)=585 им 5,85) при взаимодействии с кислотами рабочего вещестза - 2,6-дифенил-4-{л-днатиламнно-фсш1л)-2-метокси-2Н-тиопирана, иммобилизованного на индикаторную пластину, что дало-возможность повысить чувствительность сенсора и определять кислоты с рКадо Ш в воде, а также их пары в воздухе. -

3. Установлено, что -рифторацетаты 2,4,6-трифсннлселекопир1!лия 23 и тиопи-рилия 24 проявляют активирующее действие на глутаминсиитетазу - ключевой фермент азотного метаболизма, и являются перспективными агентами для его интенсификации в различных тканях и организмах и создания на их основе широкого спектра новых биологически-активных соединений. ,

выводы

1. Впервые проведено систематическое изучение реакций 4Н-халькогенопиранов с различными окислителями - пероксидом водорода, пермаиганатом калия, диоксидом селена, тетраацетатом свинца, галогенами, о-хлоранилом, в результате чего выявлены общие закономерности изучаемых процессов и установлено, что основными факторами, определяющими направление реакций окисления, являются природа гетероатома и структура 4Н-халькогенопирана.

2. Показано влияние строения 4Н-хялькогенопиранов и природы окислителя на направление процессов окислен ля:

- при окислении 2,6-дизамещенных 4Н-(селепо)тиопиранов в зависимости от условий реакции могут образовываться как продукты сужения цикла, так и (или) 4Н-(селсио)тиопиран-4-оны, а при окислении 2,4,6-тризамещенных 4Н-(селено)тио-пиранов во всех »пученных реакциях основными продуктами являются продукты сужения цикла;

- взаимодействие 4Н-селенопиранов с галогенами приводит к солям Селеиопиршшя или 1,1 -дигалоген-4Н-сслснопиранам, представляющим собой новый тип ссленсодер-жащих гетероциклов;

- в реакции 4Н-халькогенопиранов с о-хлоранилом получены соли халькогенопири-лия с анионом пероксидного характера.

3. Выявлены возможные интермедиаты процессов окисления 4Н-(селено)тиопиранов - 1-оксо-4Н-(селсно)тиот1раны при окислении пероксидом водорода, перманганатом калия и диоксидом селена, 1,1-диацетаты 4Н-(селе1го)тиопиранов при взаимодействии с тетраацетатом свинца и 1,1-дигалогеи-4Н-(сслено)тиоП11раны в реакциях с галогенами.

4. Впервые предложена и обоснована общая схема окислительных превращений 4Л-халькогенопиранов, в основу которой положено первоначальное образование продуктов окисления последних по гетероатому, конкурирующая с известным одноэлсктрои-ным механизмом.Показано,что предложенный механизм реализуется предпочтительно.

5. Для подтверждения предложенной схемы рассчитаны энергии активации и термодинамические характеристики перегруппировок 1-оксо-4Н-(селе1ш)тирнираиов и 1-оксо(селено)тиоксантенов в гидрокси(селено)тиопираны и. гвдроксп(сслспои ио-ксантены с использованием полуэмпирических кваптовохимических методов. Показано, что указанная перегруппировка термодинамически предпочтительнее, а энергия активации первой стадии перегруппировки меньше для соединений с халькчнепонира-новой структурой, чем для соединений, имеющих халькогсноксантеиовую структуру.

6. Установлено, что при окислении 2,6-дифенил-4Н-халькогенопиранов соотношение итоговых продуктов - 4Н-халькогенопнран-4-онов и продуктов сужения цикла - определяется соотношением промежуточно образующихся соединений с 4Н- и 2Н-пирановой структурой, возникающих в результате присоединения нуклеофилов к интермедиатам гетероароматической природы.

7. Впервые осуществлен переход от 4Н-пиранов к ароилфуранам; разработаны препаративные методы синтеза 1,1 -дигалоген-4Н-селенопиранов н солей (селено)тио-пирилия с анионом пероксидного характера; показана возможность диспропорциони-рования 2,6-дифенил-4-метокси-4Н-селенопирана по 7-атому углерода до 2,6-дифенил-4Н-селенопирана и 2,6-дифешш-4Н-селенопирап-4-она.

8. На основе 4Н-селеиопиран-4-она получен краситель халькогенопирилоцианиново-го ряда, перспективный для использования в качестве оптического сенсибилизатора электрофототермопластоп; модифицирован псевдореверсивный оптический химический сенсор для определения кислот с рК2 да !0; синтезированные соли (селено)тиопирилия показали активирующее действие на глугамиисннтгтазу.

ОСПОЙ!ЮЕ СОДЕРЖАНКЕРАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО 3 СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Древко Б.И., Смушкин М.И., Фоменко Л:А., Харченко З.Г. Исследование реакций окисления 4Н-селен6ш:рансз И Химия гетероциклических соединений.-1995.-№1,-С.24-26. _..

2. Древко Е.И., Смушкин М.И., Харченко В.Г. Реакции окисления 4Н-халькогено-пиранов //Химия гетероциклических сосдинешщ.-1995.-Лгз7.-С.913-916.

3. Дрезко Б.К., Смушкин М.И., Харченко В.Г. Окисление 4Н-халькогенопиранов тст-ралцетдтом евнкца II Журнал органической Х1шпи.-1995.-Т.31.-№9.-С. 1437-1438.

4. Древко Б.И.,Петраков С.Н.,Фоменко Л.А.,Жуков О.И., Смушкин М.И., Древко Е.В., Харченко В.Г. Соли селенопнрилия в реакциях с мстилатом натрия // Журнал органической химии.-! 994.-Т.30.-№1 .-С. 115-117.

5. Древко Б.И., Фоменко Л.А., Смушкин М.И., Жуков О.И., Древко Е.В.,Харченко В.Г. Синтез солей 5,6-полнметилснселенопнрилия // Химия гетероциклических соеднне-ний.-1994.-№4.-С.569.

6. Древко Б.И., Смушкин М.И., Харченко ВХ. Реакции 4Н-селенопиранов с галогенами // Химия гетероциклических соединений.-в печати.

7. Смушкин М.И. Реакции окисления 4Н-халькогенопиранов // В сб. научных трудов: "Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов".-Саратов: Изд-во Саратовского госуниверситета, 1996,- С4§.

8. Блинохватов А.Ф., Смушкин М.И., Древко Б.И. Реакции 4НЧселено,тио)пиранов с о-хлоранилом // В сб. научных трудов: "Карбонильные соединения в синтезе гетеро-цикдов" .-Саратов: Изд-во Саратовского госуиивереитета, 1996.-С.91.

9. Петраков С.Н., Смушкин М.И. Метоксиэамещенные тио(селено)пираны в реакциях с различными окислителями // В межвуз. сб.: "Карбонильные соединения в синтезе ге-тероциклов".-Саргтов: Изд-во Саратовского госуниверснггета, 1992.- Ч.Н.-С.27.

10. Smoushkin M.I., Drevko B.I., Kharchenko V.G. Influence of Heteroatom Nature on 4H-(Seleno,Thio)Pyrans Oxida':on Reactions // The Fourth International Conference on Heteroatom Chemistry. Bo-rk of Abstracts. Seoul July-August 1995.-PB-86.

11. Drevko B.I., Smoushkin M l., Fomepko L.A., Zhukov O.I., Kharchenko V.G. Seleno(Thio)pyrylium Salts and 4H-Seleno(Thio)pyrans on the Basis of 1,5-Diketones. Synthesis and Some Properties // 15th International Congress of Heterocyclic Chemistry. Book of Abstracts. Taipei. August 1995. ГО1-007.

12. Smoushkin M.I., Drevko B.I., Kharchenko V.G. General Trends in Oxidation Reactions of Ary (substituted 4H-(Seleno,Thio)Pyrans // Symposium on Organic Chemistry. Book of Abstracts. S.-Petersburg. May 1995.-Part2.-P.253.

13. Drevko B.I., Fomenko L.A., Smoushkin MX, Zhukov О.1., Kharchenko V.G. Synthesis and Some Properties of Seleniumcontaining Hcterocycles on the Basis of 1,5-Diketones // Symposium on Organic Chemistry. Book of Abstracts. S.-Pet«sburg. May 1995.-Part 2.-P. 196-197. -

14. Smushkin M.I., Zhukov O.I., Drevko В.1., Kharchenko V.G. Tendencies of 4H-(Thip)Selenopyrans Oxidation Reactions // Тез. докл. Меад. конф. молодых ученых "Органический синез: история развития и современные тенденции"., сентябрь 1994 г. -Санкт-Петербург, 1994. Часп. 2..С.157-158.

15. Харченко В.Г., Древко Б.И., Маркова Л.И., Казаринова Т.Д., Фоменко J1.А., Жуков О.И., Смушкин М.И., Сердкжова Т.Н. Поликетоны - основа для синтеза новых органических реагентов // Тез. Седьмого международного совещания по химическим реактивам "Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии"., июнь 1994 г,-Уфа-Москва, I994.-C.21.

16.Гусев В.В., Древко Б.И.; Смушкин М.И., Жуков О.И., Фоменко Л.А., ХарчеНко В.Г.. Падве С.Ю. Возобновляемый оптохимический сенсор на основе обазовашш «етеро-ароматических катионов для определения слабодиссоциирующнх кислот // Тез. докл. Межд. конф."Сенсорные системы и компоненты**., май 1993.- г.-Санкт-Петербург. 1993.-С.178.