Каталитические реакции 2H-азиринов с диазокарбонильными соединениями. Синтез и свойства 2H-1,4-оксазинов и 1-ацил-2-азабутадиенов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ 2Я-АЗИРИНОВ С ДИАЗОКАРБОНИЛЬНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА 2Я-1,4-ОКСАЗИНОВ И 1 - А ЦИ Л-2-А ЗАБУ ТА ДИЕНОВ

Специальность 02.00.03 — Органическая химия

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

На правах рукописи

Ростовский Николай Витальевич

АВТОРЕФЕРАТ

1 1 лОЛ 2013

005531472

Санкт-Петербург - 2013

005531472

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет».

Научный руководитель:

Новиков Михаил Сергеевич, доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Москвин Андрей Вадимович, доктор химических наук, профессор, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия

Островский Владимир Аронович, доктор химических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Ведущая организация:

Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН (Москва)

Защита состоится «19» сентября 2013 г. в 1500 часов на заседании совета Д 212.232.28 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний пр.. д. 41/43, химический факультет (БХА).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А. М. Горького, СПбГУ, Университетская наб., д. 7/9.

Автореферат разослан "У" 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

/А. Ф Хлебников/

........ г,.Общая характеристика работы

Актуальность темы. ¡Расширение трехчленного кольца 2Я-азиринов находит применение в синтетической.практике в .качестве одной из стратегий синтеза азотистых гетероциклов. В основе одного из относительно новых и перспективных направлений развития этого метода лежат реакции азиринов с карбенами и металлокарбеноидами, продемонстрир ¡авшие возможности варьирования в широких пределах как-размера образующегося гетероцикла, так и вводимых в него функциональных,групп,гВ фокусе настоящей работы лежит процесс трехатомного расширения азириновой системы под действием ацилзамещенных кар-беноидов, генерируемых из диазокарбонильных соединений, который открывает доступ к спироцикличерким. ,и моноциклическим 2#-1,4-оксазинам. Спироцик-лические 2Я-1,4-оксазинь1 — это .известные органические фотохромные соединения, которые являются предметом интенсивных исследований, что обусловлено возможностью их использования в системах регистрации и отображения информации, молекулярных: переключателях, динамических хемо- и биосенсорах, а также в системах аккумуляции солнечной энергии, транспортных системах, катализе, оптоэлектронике, оптобиоэлектронике. Из-за многообразия областей применения особое значение приобретает поиск эффективных синтетических методов, позволяющих., получать структурно диверсифицированные 1,4-оксазиновые системы, обладающие необходимыми характеристиками. Актуальность решаемой в, работе проблемы заключается в отсутствии методов синтеза неконденсированных, производных 2Я-1,4-оксазина, а также в отсутствии данных о их фотохромнчй ¡активности. ■

■ Другим, теоретическим, аспектом этой проблемы, является недостаток информации о химии реакционноспособных интермедиатов, карбонилзамещенных азириниевых илидов, которые генерируются в исследуемых реакциях, и для которых к моменту выполнения работы было известно лишь одно химическое свойство — изомеризация в.2-азабута-1,3-диены.

Цель диссертационной работы заключалась в установлении основных закономерностей протекания металл-катализируемых реакций 2Я-азиринов с ди-азокарбонильными соединениями и разработке на их основе метода синтеза производных 2Я-1,4-оксазина как потенциальных фотохромов. Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

• оптимизирована методика 'Синтеза производных 2Я-1,4-оксазина из 2Я-азиринов и ациклических'диазокарбонильных соединений в условиях Ш1(П)-катализа; ' • , , : - ;' г'1-

• изучено влияние строения 2Я-азиринов и диазокарбонильных соединений на образование 2Я-1^4-ок'6азйнов;

• экспериментально и теоретически исследован механизм реакции 2Я-азиринов с ациклическими диазокарбонильными соединениями в условиях КЬ(И)-катализа;

• исследованы основные' 1 пути превращения предшественников 2Я-1,4-оксазинов, 1-ацил-2-азабута-1,3-диенов;

• продемонстрирована способность производных 2Я-1,4-оксазина проявлять фото- и термохромную активность;

• изучена Си(И)-катализируемая реакция 3-арил-2Я-азиринов с пятичленными циклическими диазокетоэфирами и диазокетоамидами.

Научная новизна.

• Разработан метод синтеза производных 2Я-1,4-оксазина на основе Ш12(ОАс)4-катализируемой реакции 2Я-азиринов с ациклическими диазокарбонильными соединениями: диазокетоэфирами, диазокетонами и диазодикетонами. Предложенный механизм реакции, включающий образование азириниевых илидов и 1-ацил-2-азабутадиенов, интерпретирован на основе результатов квантово-химических расчетов методом ОРТ ВЗЬУР/б-31 С(с1).

• Впервые обнаружено, что ацетилзамещённые азириниевые илиды способны претерпевать 1,5-циклизацию в производные азирино[2,1-£]оксазола, образование которых подтверждено теоретически и результатом их перехвата ацил-кетенами.

• Впервые показано, что неконденсированные 2Я-1,4-оксазины могут проявлять фото- и термохромную активность.

• Впервые получены стабильные 1-ацил-2-азабута-1,3-диены.

• Найдена 7пС12-Н20-катализируемая изомеризация 1-ацил-2-азабутадиенов в 2-оксо-2,3-дигидро-1Я-пиррол-3,4-дикарбоксилаты с миграцией группы С02Я.

• Предложен новый подход к синтезу 2-замещенных 1,2,3-триазолов с орто-конденсированными (пирроло[3,4-й]пирролил или фуро[3,4-6]пирролил) и спироциклическими (1-окса-4,7-диазаспиро[4.4]нонил или 1,7-диокса-4-азаспиро-[4.4]-нонил) заместителями при атоме "Ы2 на основе Си(Н)-катализируемой реакции 3-арил-2Я-азиринов с циклическими диазокетоамидами и диазокетоэфирами.

Практическая ценность работы. На основе реакций 2Я-азиринов с ациклическими диазокарбонильными соединениями, катализируемых КЬ2(ОАс)4, разработан общий метод синтеза производных 2Я-1,4-оксазина, обладающих фотохром-ными свойствами. На основе Си(Н)-катализируемой реакции 2Я-азиринов с циклическими диазокетоамидами и диазокетоэфирами предложен новый подход к синтезу производных 1,2,3-триазола с потенциальной биологической активностью: 2-замещенным 1,2,3-триазолам с орото-конденсированными (пирроло[3,4-6] пиррол ил или фуро[3,4-й]пирролил) и спироциклическими (1-окса-4,7-диазаспиро[4.4]нонил или 1,7-диокса-4-азаспиро-[4.4]-нонил) заместителями при атоме К2.

Положения, выносимые на защиту.

• Синтез производных 2Я-1,4-оксазина из 2Я-азиринов и ациклических а-диазокарбонильных соединений. Механизм образования 2Я-1,4-оксазинов и его интерпретация на основе квантово-химических расчетов методом ОРТ ВЗЬУР/6-ЗЮ(<1).

• Фото- и термохромные свойства моноциклических 2Я-1,4-оксазинов.

• Новая 1 -ацил-2-азабутадиен - 2-пирролиноновая изомеризация с миграцией группы С02Я.

• Новый подход к синтезу 2-замещенных 1,2,3-триазолов, из 3-арил-2Я-азиринов и циклических диазокетоамидов и диазокетоэфиров.

Апробация работы. Материал диссертации был представлен на 9 всероссийских и международных конференциях. По теме диссертации опубликованы 2 статьи и тезисы 9 докладов.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на-159 страницах. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка сокращений и условных обозначений, списка цитированной литературы из 146 наименований и приложения.

В литературном обзоре рассмотрены каталитические реакции иминов и 2Н-азиринов с диазосоединениями, химические свойства 2-азабута-1,3-диенов, примеры получения 2Я-1,4-оксазинов, а также синтез и фотохромные свойства спи-рооксазинов. В следующей части работы обсуждаются каталитические реакции 2#-азиринов с а-диазокетонами, приводящие к 1-ацил-2-азабутадиенам и 2Н-1,4-оксазинам, а также производным 2Я-1,2,3-триазола, фото- и термохромные свойства 2Н-1,4-оксазинов и некоторые свойства 1-ацил-2-азабутадиенов. В третьей части работы представлены методики синтеза, физические характеристики и спектральные данные полученных соединений.

I. Основные результаты и их обсуждение

Строение полученных в работе соединений устанавливалось на основании анализа данных ИК, 'Н и 13С ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии, а их состав подтвержден элементным анализом. Строение 8 соединений подтверждено данными РСтА.

2.1. Синтез исходных соединений: 2/7-азиринов и диазосоединений

Для достижения основной цели работы была выбрана серия 2Я-азиринов lar и серия диазокарбонильных соединений 2а—1. Азирины варьировались по характеру замещения при атоме С3 монозамещенного азиринового цикла (азирины 1а-е,г), по характеру замещения при атомах С2 и С3 2,3-дизамещенного цикла (азирины lf-m), а также заместителями в 2,2,3-тризамещенном цикле (азирины lnq ).

Ar4v rVr*

N N N

1а, Ar = Ph 1f, R1 = Ph, R2 = Ph 1n, R = Me

1b, Ar = 4-MeC6H4 -|g, R1 = Ph, R2 = 1Н-бензотриазол-1-ил ? " P_hn K .

1c, Ar = 4-MeOC6H4 1h R1 = Phi r2 = М.фтаЛимидо 5*5 = ^^^аобонилбисАенил

1d, Ar = 4-N02C6H4 ^ R1 = ph 'R2 = co^Et 4' R R " ' -карбонилбисфенил

1 e, Ar = 2-BrC6H4 r1 = ph' r2 = ш

1 r, Ar = 4-BrC6H4 ^ r1 = Me, R2 = Ph

II, R1 = Me, R2 = COzEt

1m, R1 = C02Me, R2 = 4-CIC6H4

Азирины получали либо термолизом винилазидов (азирины la,b,f,i-k,m,p,q), либо по методу Небера разложением под действием основания N-тозилоксимов (азирины lg,l,o) или гидразонийметиодида (азирин 1п). Азирин lh получали из азирина lg замещением бензотриазолильного заместителя под действием фталимида калия. Остальные азирины использовались готовыми.

Из диазокарбонильных соединений в рассмотрение были включены ди-азокетоэфиры, в которых менялась ацильная часть (2а-е), а также диазокетоны (2f-h). Кроме того, были протестированы простейший циклический аналог ди-азокетоэфиров, диазотетроновая кислота 21, и циклические диазокетоамиды, ди-азотетрамовые кислоты (2i—к).

N2 2а, R1 = Me, R2 = COzEt N2 2i, X = NH

R1 U 2b, R1 = Ph, R2 = C02Et « A r. 2j, X = NC(0)Me

Y"R2 2c, R1 = CF3, R2 = C02Et W 2k, X = NBoc

O 2d, R1 = 4-NCC6H4, R2 = C02Me X

2e, R1 = 4-MeOC6H4, R2 = C02Me 2f, R1 = Me, R2 = Ph 2g, R1 = Me, R2 = C(0)Me 2h, R1 = 4-CIC6H4, R2 = H

Диазосоединения 2a,b,f,g,i получали реакцией диазопереноса под действием тозилазида или и-ацегамидобензолсульфонилазида в ацетонитриле из соответствующих кетоэфиров или кетонов. Диазосоединение 2с было синтезировано ацилированием этилдиазоацетата трифторуксусным ангидридом в пиридине, а диазоацетофенон 2h - ацилированием диазометана л-хлорбензоилхлоридом. N-Ацетил- и ЛЧЗос-защшцённые диазокетоамиды 2j и 2к были получены ацилированием диазотетрамовой кислоты 2i с использованием в качестве основания 4-(АгД-диметиламино)пиридина. Остальные диазосоединения использовались готовыми.

2.1. Каталитические реакции 2//-азиринов с диазокетоэфирами

Событием, инициировавшим настоящее исследование, явилось обнаружение в нашей лаборатории необычной реакции расширения трехчленного цикла арилзамещённых 2//-азиринов la,b,f,p под действием диазокетоэфиров 2ае- в присутствии Rh2(OAc)4 до шестичленного цикла 2#-1,4-оксазинов 4. Стандартная методика проведения реакций металлокарбеноидов, генерированных каталитическим разложением диазосоединений, с гетероатомными субстратами, которая применялась и в данном случае, заключается в медленном добавлении раствора диазосоединения к кипящему раствору субстрата и катализатора обычно в бензоле (метод А). Такой прием позволяет свести к минимуму конкурирующую реакцию промежуточного карбеноида с исходным диазосоединением, приводящую к образованию побочных продуктов: "димеров карбенов", азинов и продуктов внедрения в С-Н-связи. Однако применение этого метода в упомянутой реакции привело к образованию 2//-1,4-оксазинов 4 с низкими выходами.

Эксперименты по оптимизации методики, проведенные в рамках данного исследования, показали, что выходы 1,4-оксазинов 4, полученных из этилдиазо-ацетоацетата 2а, могут быть существенно улучшены, во-первых, заменой растворителя, бензола на 1,2-дихлорэтан, а во-вторых, изменением способа добавления диазосоединения: не медленным добавлением, а быстро и порциями по одному эквиваленту (метод Б). Снижение выходов оксазинов с увеличением продолжительности реакции объясняется их нестабильностью в этих условиях.

Синтезы с трифторметилзамещённым диазокетоэфиром 2с, проведенные по методу Б, окончились неудачей. Однако, используя медленное добавление ди-

азосоединения, одновременно увеличив начальную концентрацию азирина и уменьшив концентрацию добавляемого дназосоединения (метод А % удалось и в этом случае получить оксазины 4 с хорошими выходами.

Для получения оксазинов из бензоилдиазоацетата 2Ь, разлагающегося под действием Ш12(ОАс)4 медленнее, чем этилдиазоацетоацетат 2а, более приемлемым оказалось использование стандартного метода Л.

Применив модифицированные методики проведения реакции с диазокето-эфирами 2а,с, удалось синтезировать с высокими выходами оксазины 4 с ариль-ными, гетарильными, алкильными и алкоксикарбонильными заместителями при атомах С2 и С3 (табл. 1).

1 * и2 КМОАс)4 ^ О

1а-Р 2э~а За-х 4а-х

Табл. 1 - КЬ2(ОАс)4-катализируемая реакция азиринов 1а-р с диазосоединениями 2а-с1

Азирин 1 + диазокетоэфир 2" Г» 1 Я3 п4 Выход, % (метод)

Я К азадиен 3 оксазин 46

1а + 2а РЬ ' Н Н Ме 73 4а (Б)

1а + 2с РЬ Н н С1-, 62 4Ь (А')

1Ь + 2а 4-МеСбН< Н н Ме 81 4с(Б)

1Ь + 2с 4-МеС6Н4 Н н СИ, 52 4(1 (А')

1с + 2а 4-МеОС6Н4 н н Ме 66 4е(Б)

1<1 + 2а 4-02МС6Н4 н н Ме 79 4Г(Б)

1е+ 2а 2-ВГС6Н4 н н Ме 65 4Й(Б)

И + 2а РЬ РЬ н Ме 75 4И (Б)

1Г+ 2Ь рь ■ РЬ н РЬ 39 41 (А)

1Г+2с РЬ РЬ н СР3 83 Ц (А')

и+2Л РЬ РЬ н 4-ЫССбН„ 79 4к(Б)

^ + 2а РЬ 1 Я-бензотриазол-1 -ил н Ме 79 41 (Б)

1Ь + 2а РЬ Л'-фталимидо н Ме 40 4ш (Б)

И +• 2а РЬ С02Е1 н Ме 70 Зп 10 4п (Б)

Н + 2а РЬ СО,Е1 н Ме 29г-3п 35 4п (Б)

1] + 2а РЬ Ме н Ме 72 4о (Б)

1к+2а Ме ■ РЬ н Ме 172-Зр 40 4р (Б)

Ме 30 20 7,-М (Б)

11 +2а Ме ССДО н

1га + 2а' С02Ме 4-С1С6Н4 н Ме 55 4г(Б)

1п + 2а РЬ Ме Ме Ме 43 4в (Б')

1о+ 2а РЬ РЬ РЬ Ме 75 4КБ)

1р + 2а РЬ 2,2-бифенилен Ме 21 Зи 59 4и (Б)

1р + 2а РЬ 2,2'- бифенилен Ме 75 4и (Б)

1р + 2Ь РЬ 2,2'- бифенилен РЬ 20 ЗУ 33 4у (А)

1р+ 2с РЬ . 2,2'- бифенилен СР3 82 4\у (А')

1д + 2а РЬ 2,2'-карбонилбисф| гнил Ме 74 4х(Б)

* Для диазосоединений 2а-с Я5 = В, для дназосоединения 2(1 И' = Ме. 6 Для получения оксазинов в качестве растворителя использовался бензол.

' Реакция проводилась при комнатной температуре.

В некоторых случаях потребовалась дополнительная модификация методики. Например, в реакции азирина 1п с диазосоединением 2а по мере добавления ди-

азосоединения к раствору азирина небольшими порциями добавляли Rh2(OAc)4 (метод Б% при этом оксазин 4s был получен с выходом 43%.

Другим важным следствием применения модифицированной методики с непродолжительным экспонированием реакционной смеси при повышенных температурах явилось то, что удалось хроматографически и спектроскопически зафиксировать непосредственные предшественники оксазинов 4, 1-ацил-2-азабутадиены 3. В большинстве случаев азадиены 3 могут быть количественно превращены в соответствующие оксазины непродолжительным нагреванием.

Некоторые 1 -ацил-2-азабутадиены 3, например, азадиены 3n,p—r,u,v, оказались достаточно стабильными, чтобы их можно было выделить в чистом виде. Так, из азирина 1р после хроматографической очистки были получены оксазин 4и и азадиен Зи с выходами соответственно 59 и 21%. После кипячения реакционной смеси в этаноле в течение 5 ч оксазин 4и был получен с выходом 75%. В реакции азирина li, кроме оксазина 4п, были выделены азадиены Е-Ъп и Z-Зп, отличающиеся конфигурацией связи С=С. Примечательно, что при нагревании азадиена Зп в оксазин 4п циклизуется только £-изомер: дополнительное кипячение реакционной смеси в течение 2.5 ч привело к полной конверсии азадиена Е-Зп в оксазин 4п. Циклизация изомера Z-Зп в оксазин 4п начинается только в кипящем толуоле и сопровождается частичным разложением оксазина. Реакция диазосоединения 2а с азирином II при катализе Rh2(OAc)4 дала только изомерные азадиены Е-3q и Z-3q. Ни один из изомеров 3q при кипячении в дихлорэтане в оксазин не циклизуется. £-Изомер начинает медленно циклизоваться в нестабильный оксазин 4q только при кипячении в толуоле, в то время как Z-изомер не циклизуется в оксазин 4q даже в жестких условиях. В реакциях азиринов lk,m наряду с оксазинами 4р,г были выделены только Z-азадиены Зр,г.

На основе полученных экспериментальных данных был предложен механизм образования 1,4-оксазинов в Rh-катализируемой реакции 2//-азиринов с диазокетоэфирами, представленный на примере реакции азиринов lj и Is с ме-тилдиазоацетоацетатом.

В результате взаимодействия азирина с металлокарбеноидом образуются два изомерных азириниевых илида Z- и £-5а,Ь. Раскрытие азиринового цикла по связи N-C2 в илиде £-5а,Ь приводит к двум изомерным 1-ацил-2-азадиенам Е,Е-6а,b и E,Z-6а,b с Е конфигурацией связи C=N, которые циклизуются по кето-группе и дают оксазин 7а,Ь. Раскрытие азиринового цикла в илиде Z-5a,b приводит к двум другим азадиеновым изомерам Z,£-6a,b и Z,Z-6a,b с Z конфигурацией связи C=N, которые могут превратиться в конечный оксазин 7а,b через предварительную сип, ш/ти-изомеризацию в азадиены £,£-6а,Ь и £,Z-6a,b.

Для подтверждения этого механизма, а также для оценки влияния структуры азирина на состав продуктов и стереоселективность образования 2-азадиенов нами были проведены квантово-химические расчёты трансформаций нескольких модельных илидов 5 методом DFT B3LYP/6-31G(d) в 1,2-дихлорэтане (РСМ) с использованием пакета программ Gaussian 09. Энергетические диаграммы для илидов 5а и 5Ь с алкильной и метоксикарбонильной группой при атоме С2 азиринового цикла илида представлены на рис. 1 и 2.

1j, R = Me 1s, R = C02Me

YV

OMe Me

R ^.O^OMe

Ph'

AV

Ta Me

TS1 a

OMeMeaR = Me Me OMe 2-5a,b Ь, R = C02Me E-5a,b

TS a,b

JS1°a / TS3a,b

Ph'

R О оме R

Z,Z-6a,b° 0

OMe

TS9a,b

Расчеты проводились как для Е-, так и Z-изомериых илидов 5а,b и показали незначительную разницу в свободных энергиях Е- и Z-илидов, что дает основание полагать, что в этой реакции образуются оба стереоизомера. Барьер их взаимопревращения всегда выше барьера раскрытия в азадиены 6, поэтому именно стадия раскрытия илида 5 контролирует стереоселективность образования аза-диенов 6. Так, для илидов 5а с метильным заместителем расчеты предсказывают селективное раскрытие азиринового цикла с предпочтительным образованием азадиенов с Е конфигурацией связи С=С, в то время как замена метального заместителя при связи С-С на электроноакцепторную группу С02Ме вызывает снижение селективности раскрытия цикла илидов 5Ь.

Из рис. 1 также видно, что циклизация по сложноэфирной группе с образованием оксазина 7'а, в отличие от кето-группы, неблагоприятна как по кинетическим, так и термодинамическим причинам. Поэтому алкоксиоксазин 7'а образовываться в реакции не должен, что и наблюдается в действительности.

Кроме того, замена метального заместителя на группу С02Ме приводит к резкому повышению барьеров циклизации азадиенов Е,Е-6 и E.Z-6 в оксазин 7, что делает азадиены с алкоксикарбонильными группами на обоих концах азади-еновой системы более стабильными, чем их алкил- и арилзамещенные аналоги. Этот результат объясняется пуш-пульной стабилизацией иминоакрилатной системы молекулы, и он хорошо согласуется с экспериментальными данными: азадиены Зп, а также азадиены 3q с группой C02Et при атоме С4 были выделены в реакции (табл. 1), и для их циклизации в оксазины потребовалось дополнительное нагревание.

Рис. 1 — Энергетические профили превращения илидов Е-, Ъ-5а в оксазины 7а и 7а'. ОРТ ВЗЬУР/6-ЗЮ(с1), РСМ/1,2-дихлорэтан.

Рис. 2 — Энергетические профили превращения илидов Е-, 2-5Ь в оксазин 7Ь. ЭРТ ВЗЬУР/6-ЗЮ(с1), РСМ/1,2-дихлорэтан.

Большая разница (4.2 ккал/моль) в рассчитанных значениях барьера циклизации в оксазин 7Ь метоксикарбонилзамещенных азадиенов 6Ь с разной конфигурацией связи С=С также хорошо согласуется с полученными экспериментальными данными: циклизация изомера £-Зп в оксазин 4п проходит практически полностью при кипячении в дихлорэтане за 2.5 ч, в то время как изомер Z-Зn начинает медленно циклизоваться в оксазин 4п только в кипящем толуоле. Повышение барьера циклизации азадиена Е,7-6Ь связано с нарушением сопряжения сложноэфирной группы с л-системой в переходном состоянии.

В большинстве случаев скорости циклизации в оксазин азадиенов с Е и 2 конфигурацией связи С=С сильно разнятся, и в реакции фиксируются только оксазин 4 и азадиен 2-Ъ. Это позволило нам использовать соотношение оксазин 4/азадиен 2-Ъ, измеренное методом ЯМР 'Н сразу после окончания реакции, как характеристику стереоселективности раскрытия 2,3-дизамещенного по кольцу азириниевого илида 8.

м2

Ме

N

С02Е1

О 2а

КЬ2(ОАс)4

ею2с

г

Ме

Соотношение

оч

\1

2-Ъ Е-3 Оксазин 4

С02Е1

К2 „

кХ

Е-3

14'

г-г

С02Е1

^быстро

Стереоселективностъ

медленно

РЬ РЬ - 12 12

РЬ СОЛ 0.9 0.3 1.2

Ме РЬ - 3.9 3.9

Ме сода 2.3 - 2.3

СО,Ме 4-С1С6Н4 - 4.7 4.7

К2ч/0%/Ме

аа

N 4

С02Е1

Из состава продуктов реакций 2,3-дизамещённых азиринов, учитывая тот факт, что оксазины 4 являются продуктами быстрой циклизации азадиенов Е-3, можно заключить, что во всех случаях реакция £-стереоселективна, причем сте-реоселективность повышается при замене алкоксикарбонильного заместителя на фенильный при атоме С2 илида.

Среди диазокетоэфиров, которые были протестированы в реакции с азири-нами, был обнаружен субстрат, а именно метиланизоилдиазоацетат 2е, который в присутствии Ш12(ОАс)4 легко претерпевает перегруппировку Вольфа в кетен 9 и поэтому не может применяться для синтеза оксазинов 4.

Так, после хроматографической очистки реакционной смеси, полученной из азирина К, был выделен пирролинон 11, образующийся на силикагеле из изомерного пирролинона 10, продукта присоединения азирина И к кетену 9. Аналогичным образом протекает реакция диазосоединения 2е со спирофлуореновым азирином 1р. В этой реакции, помимо пирролинона 12, методом колоночной хроматографии был выделен побочный продукт, пирролидинон 13, образующийся путём гидратации на силикагеле пирролинона 12.

РМР.

К1п2(ОАс)4

С02Ме осе, 84 °С О

2е РМР = 4-МеОС6Н4 РИ нм

но

ИИ,1.4

РМР.

С02Ме

о=с=<^

РМР

13(22%)

ЭЮ2 н2о

12 (55%)

С02Ме

РЬ-ч РЬ

N РМР С02Ме

—!!_». О^Х^ри «РЬ

| ЭЮ2 РМР С02Ме

нм-\

11 (43%)РИ

2.2. Каталитические реакции 2//-азиринов с диазокетонами

Проведение каталитических реакций 2//-азиринов с диазокетонами преследовало цель исследовать возможность получения 1,4-оксазинов с заместителями при атоме С5, отличными от алкоксикарбонильной группы.

Для синтеза оксазинов 15 из азиринов 1 и диазофенилацетона Н потребовался дополнительный поиск оптимальных условий проведения реакции. Наиболее удачным оказался способ, при котором смесь азирина и избытка диазосоеди-нения И в дихлорэтане нагревают до кипения, после чего вносят катализатор (метод Б"). Таким путем были получены несколько оксазинов 15ае с фениль-ным заместителем при атоме С5 (табл. 2).

+ УМе + ЛЧ"

N ' й2 ОСЕ, 84 °С Л^рЬ

1^9,п-р 2f 14а-е 15а-с1

Табл. 2 — Ш12(ОАс)4-катализируемая реакция азиринов 1(,ц,пр с диазокетоном 21

Азирин Я1 я2 л' Выход, % азадиен14 оксазин15

К РЬ РЬ н 7 14а 60 15а

18 РЬ 1Я-бензотриазол-1-ил Н следы 14Ь 55 15Ь

1п РЬ Мс Ме следы 14с 58 15с

1о РЬ РЬ РЬ 75 Ш 7 15(1

1р РЬ 2,2'-бифенилен 89 14е

Азирины 1о,р, содержащие при атоме С2 два арильных заместителя, при взаимодействии с диазосоединением 2Г в качестве основных продуктов дают не оксазины 15, а азадиены 14. Азадиен 14с1 и оксазин 15(1 при комнатной температуре существуют в равновесии (соотношение 4.5:1). Другой азадиен 14е, содержащий флуореновый фрагмент, оказался стабилен при нагревании вплоть до 150 °С. При повышении температуры свыше 160 °С азадиен 14е циклизуется в 2-азафлуарантен 16, который образуется путём 1,6-электроциклизации с участием ароматического заместителя.

16(46%)

Менее удовлетворительный результат дала аналогичная реакция моноза-мещёного азирина 1а, в которой образуется сложная смесь продуктов. Из нее были выделены оксазин 151" и дигидрофуран 17, механизм образования которого включает присоединение металлокарбеноида к электронодонорной связи С=С промежуточного азадиена 14Г о

РЬ

Ме^у

2f N2

Р(1

47

N ^(ОАсЭд 1а ОСЕ, 84 °С

РК

РИ

Ш

СХ,Ме N РИ

РГ) Ме—^

ИГ + Ме-Ч^М

РИ

151(4%) 17(12%)

Оксазины, не замещенные по положению С5, могут быть получены реакцией азиринов с диазоацетофенонами. Проведение реакции между азирином 1п и диазоацетофеноном 2Ь по методу Б при 60 °С привело к образованию 1-ацил-2-азабутадиена 18, нагревание которого при более высокой температуре (кипячение в дихлорэтане, 84 °С) привело к образованию равновесной смеси оксазина 19 и азадиена 18 (соотношение 6:1). Из нее оксазин 19, оказавшийся устойчивым соединением при комнатной температуре, был выделен с выходом 67%.

РИ

Ме

N 1 п

2Ь

С1

Ме

КИ2(ОАс)4 йСЕ, 60 °С

С1

18 (43%)

19(67%)

2.3. Каталитические реакции 2Я-азиринов с диазоацетилацетоном

В работе также были исследованы каталитические реакции азиринов с ди-азодикетоном, диазоацетилацетоном 2g. Так, из дизамещённого азирина К при медленном добавлении диазосоединения 2g при 60 °С был получен оксазин 20а с ацетильной группой в 5-ом положении.

Р„__,р» 11 т'(0Ас)' рпг°гм"

11 2д 20а (47%)°

Особенностью диазодикетонов является то, что генерируемые из них кар-беноиды довольно легко дают продукты перегруппировки Вольфа, ацилкетены, что нежелательно для синтеза оксазинов. Действительно, в реакции тризаме-щённого азирина 1р, кроме желаемого оксазина 20Ь, полученного с выходом

13

57%, были также в небольших количествах выделены оксазины 21 и 22 с модифицированной ацетильной группой в 5-ом положении.

О.

21(7%) 0

Соединение 21, находящееся в растворе при комнатной температуре в равновесии со своей открытоцепной формой 23 (соотношение 1:2.3), — это результат циклоприсоединения продукта перегруппировки Вольфа диазосоединения 2g, ацилкетена 24, к карбонильной группе оксазина 20Ь. Механизм образования ок-сазина 22 включает присоединение карбеноида к карбонильной группе оксазина 20Ь, вероятно, через промежуточное образование карбонил-илида.

Неожиданный результат был получен в реакции диазоацетилацетона 2% с монозамещёным азирином 1Ь, в которой наряду с оксазином 20с был выделен бициклический продукт 27, структура которого была подтверждена методом РСтА. Вероятный механизм его образования включает 1,5-циклизацию илида 25 в дигидроазирино[2,1-£]оксазол 26 и его присоединение к высокоэлектрофиль-ному ацилкетену 24.

р-То!'

N

Ме

р-То1

20с (17%) и

Соотношение 20с:27 в реакционной смеси 1:1

Квантово-химические расчёты путей стабилизации диацетил-замещенного илида 28: 1,5-циклизация в бицикл 29 и раскрытие в азадиен 30 - подтвердили предполагаемый механизм. Оказалось, что барьер 1,5-циклизации илида 28 в бицикл 29 (рис. 3, диаграмма А) даже несколько ниже барьера его раскрытия в

азадиен 30. Азиринооксазол 29 оказывается всего на 12 ккал/моль стабильнее, чем исходный илид 28, и при наличии активной ловушки, такой как ацилкетен, может давать продукт типа 27.

Рис. 3 - Энергетические профили превращения илидов 28 и £-31 в дигидроазирино[2,1-¿>]оксазолы и 2-азабутадиены. ЭП ВЗЬУР/б-310(с1), РСМ/1,2-дихлорэтан.

Поскольку такой же энергетический профиль был получен и для илида Е-31, генерированного из диазокетоэфира (рис. 3, диаграмма Б), то, вероятно, такая циклизация имеет общий характер. В отсутствие активной электрофильной ловушки, как в случае процессов с участием диазокетоэфиров, в которых кетены не образуются, промежуточный дигидроазирино[2,1-6]оксазол 32 через обратное раскрытие в илид £-31 (ДО* = 22.0 ккал/моль) необратимо изомеризуется в азадиен 33 (барьер циклизации азадиена 33 в азириниевый илид £-31 равен 32.4 ккал/моль).

2.4. Фотохромизм и термохромизм синтезированных 2//-1,4-оксазинов

Было обнаружено, что полученные неконденсированные 1,4-оксазины обладают фотохромными свойствами: при облучении УФ-светом они, будучи практически бесцветными, раскрываются в 1-ацил-2-азабутадиены, окрашенные в цвет от ярко-желтого до оранжевого. Обратный процесс, циклизация, протекает в темноте при комнатной температуре. При этом в реакционных смесях, полученных при облучении 2-монозамещенных оксазинов, были зарегистрированы только азадиены с 2 конфигурацией связи С=С.

45,и Я = Ме (45/35)

К + К = 2,2-бифенилен (4и/3и)

3s.il

4М,п,15а,20а

2-ЗМ,п,14а,34а

И1 = РЬ, И2 = Ме, Я3 = С02Е1 (4И/ЗИ)

Я1 = я2 = РИ, И3 = С02Е1 (4|/3|)

Я1 = РЬ, И2 = СР3, Я3 = С02Е1 (ЩЩ)

Я1 = РИ, И2 = 4-МСС6Н4, Я3 = С02Ме (4к/3к)

Я1 = бензотриазол-1 -ил, Я2 = Ме, Я3 = СО;Е1 (41/31)

Я1 = С02Е1, Я2 = Ме, (Ч3 = С02Е1 (4п/4п)

Я1 = РИ, Я2 = Ме, И3 = РИ (15а/14а)

Я1 = РИ, Я2 = Ме, И3 = СОМе (20а/34а)

Таким образом, с помощью УФ-облучения могут быть генерированы 1-ацил-2-азабутадиены с различным характером замещения, в том числе быстро циклизующиеся в оксазины и даже не фиксируемые в реакции их получения из азиринов.

Методом ЯМР *Н были измерены времена полупревращения (^д) азадиенов г-31м,к,1,34а и 3$,и,х в оксазины 4Ь,!,к,М,и,х,20а при темновой циклизации. Как и предполагалось, скорость циклизации зависит от растворителя. Так, время полупревращения азадиена 7-ЗЬ в С606 в три раза больше, чем в СОС13. При повышении температуры процесс ускоряется: обесцвечивание азадиена 2-Ъ\\ завершается за 20 мин при кипячении в СБСЬ.

Азадиены можно расположить в следующие ряды по увеличению скорости их превращения в оксазины при варьировании заместителей в положениях 1, 3 и 4 азадиенового фрагмента и заместителя в ацильной группе:

XX 2

XX XX,

хх

Из представленных результатов видно, что влияние заместителей на этот процесс имеет в целом сложный характер. Однако наблюдается и очевидная закономерность: при введении акцепторных заместителей в положение 4 азадиена скорость циклизации уменьшается, а в положение 1 — увеличивается.

Для производных спирофлуорена 4и-\у и 20Ь и оксазина 4г наряду с фото-хромными свойствами была обнаружена и термохромная активность: интенсивность окраски их растворов обратимо меняется с изменением температуры. Константы равновесия, измеренные методом ЯМР 'Н для оксазинов 4г,1Ш , представлены в табл. 3. Примечательно, что при нагревании их растворов доля окрашенной азадиеновой формы растет. Склонность некоторых оксазинов существовать в равновесии с открытоцепными формами в некоторых случаях является причиной пониженных выходов оксазинов при их получении из азиринов.

II Нп Ме о

Зи (9.5 ч)

Зх (1 ч)

< X X

со2Е1 Аг^М^С02Е1 Зэ (0.5 ч) За,с,е-д*

V Д. <<: < V С02Р5 < Аг < А1к, Н

р^М^СО.В р/^М^СО^ рн/-м^со2Е1

ЗП** зь (25 ч) 31 (8 ч)

Г^ Ме / —1У18 / ме

V Д. < V X < Х,Х Ме < С02К < РИ

Ме

, .. „и2С1 - - рК

3" _* Зг (70 ч) Аг = 4.аСбн4 ЗИ(25ч)

РИ о.

РИ О. РИ о

ЗЬ (25 ч)

< <Ч\

34а (1.3 ч)г

Ме РИ < С02К < Ас

Р" °у-РЬ

М^СОгЕ1 31(29 ч)

^ со2Е1 ЗЬ (25 ч)

Зк (9.5 ч)

* Концентрация слишком мала для фиксации методом ЯМР 1Н.

** Стабильны при комнатной температуре

N С02Е1

У'

СОгЕ1

4г,и-и/

Зr,u-w

Оксазин Я2 я3 Я4 — Кравн. 25 °С 95 °С

4г С02Ме Н 4-С1С6Н4 Ме 0.03 0.07

4 и РЬ 2,2'- бифенштен Ме 0.02 0.14

4У РК 2,2'- бифенилен РЬ 0.11 0.39

4\У РЬ 2,2'- бифенилен СР3 - 0.02

2.5. Исследование механизма 1-ацнл-2-азабутадиен - пирролиноновой

изомеризации

Успех синтеза 1,4-оксазинов из азнринов напрямую зависит от химических свойств их предшественников, 1-ацил-2-азабутадиенов, в том числе их стабильности. Было обнаружено, что 1-ацил-2-азабутадиен E-Зq ведет себя особым образом, претерпевая изомеризацию в пирролинон 35. Этот процесс, представляющий собой циклизацию азадиена с С—>С миграцией сложноэфирной группы, ускоряется в кислой среде в присутствии влаги. Были найдены оптимальные условия проведения реакции, дающие количественный выход соединения 35: использование насыщенного раствора воды в бензоле в присутствии 2пС12 при комнатной температуре.

ею2с

Ме-

ст

^-Ме

N Е-Зд

д.

гпС12, н2о

ею2С^С02Н

бензол, 20 °С Ме

н

35, 100%

Мы предположили, что наиболее вероятный механизм реакции включает гпСЬ-катализируемое присоединение воды к азадиену Е-Ъц, циклизацию и кислотно-катализируемую дегидратацию с образованием 2#-пиррола 36. Последний претерпевает [1,5]-сигматропный сдвиг сложноэфирной фуппы, давая 2-гид-рокси-ЗЯ-пиррол 37, который таутомеризуется в более устойчивую форму 35.

гпС12 (или Н)

ею2с

Ме"

П^СО^ЕХ

н2о

ею2с 9н 2 \_ЬМе

Д )^со2в м он

ЕЮ2СЧ Ме

\Ъсо2а

ГХ

Ме"'

Н 35

ею2с

Ме-

Ме

Ч

N 37

было

Ме"

-н2о

ею2с

С02Е1

он

36

Ме С02Е1 ОН

Участие воды в реакции было подтверждено результатами масс-спектрометрии высокого разрешения. При проведении реакции в насыщенном

растворе меченой воды Н2,80 в бензоле при катализе хлоридом цинка было зафиксировано появление изотопной метки 180 в пирролиноне 35.

Кроме того, нами было проведено компьютерное моделирование ключевых стадий этого превращения методом ОРТ ВЗЬУР/6-ЗЮ(с1) с учетом эффекта сольватации в бензоле. Оказалось, что протонированная форма 38 циклизуется в циклический катион 39 с очень низким активационным барьером (Дв* = 5.6 ккал/моль), причем образующийся катион 39 стабильнее исходного катиона 38 на 7.4 ккал/моль. Последующее присоединение воды с образованием оксониево-го катиона 40 реализуется по атому С2 практически без барьера. Дальнейшая кислотно-катализируемая дегидратация приводит к гидроксипирролу 41.

Ме .Ме02С^ НО-^Ме ДО*=5-6 _ _ V ?Н .. _ И ОН

МеО,С-)—I—Ме

,,» Меи2С. ИСК__Ме , .

И 1 н |> ккал/моль Ме02С—^—^-Ме Н20

Л СО 2Ме бензол Ме^м (

Ме^М^С02Ме бензол Ме^м^С02Ме Ме-^-^сОгМе Ме-4

38

N 40

кон.

ккал/моль Ме02С Ме ^ ^

Ме

№=02Ме ^^ Ч, СОгМе Нсо2Ме _ \:с02Ме

«^гЛо МеЛ'У-он Ме МвАг

н 42 Ч / 41

ДС=17.6-24.5 ккал/моль

Результаты расчета четырех возможных путей [1,5]-сигматропного сдвига группы С02Ме (переход 41—>42): в нейтральном пирроле 41 и в трех его прото-нированных формах (на схеме не указаны) — показали, что не исключена возможность кислотного катализа этой перегруппировки. На последней стадии расчет предсказывает межмолекулярную прототропию с участием воды через ше-стичленное переходное состояние (ДО*5 = 6.5 ккал/моль).

2.6. Каталитические реакции 2/7-азиринов с циклическими диазокетоамидами и диазокетоэфирами

Циклические диазокетоамиды и диазокетоэфиры 21—к,1 могли бы послужить источниками орото-конденсированных 1,4-оксазинов 43. Однако было обнаружено, что, например, диазотетрамовая кислота Н не образует карбеноидов в присутствии азиринов при действии И12(ОАс)4. Однако в присутствии медных катализаторов, наиболее эффективным среди которых оказался ацетилацетонат меди Си(асас)2, она реагирует с азирином 1Ь с сохранением атомов азота диазо-соединения с образованием 2-замещенного 1,2,3-триазола 44а. Поскольку 1,2,3-триазолы различного строения представляют интерес для многих областей промышленности, сельского хозяйства и медицины, было предпринято более детальное исследование этой реакции с использованием /У-ацилированных диазо-тетрамовых кислот 2},к и диазотетроновой кислоты 21. Продуктами этих реакций являются производные 1,2,3-триазола 44 и 45 с орто-конденсированными и спи-роциклическими заместителями при атоме Ы2 соответственно (табл. 4). Последние при этом образуются в виде смеси диастереомеров с превалированием изомера, в котором атомы азота находятся в транс положении.

Аг

Аг-

Аг-

о^у0

X—' 43

>7 N

1а-с,г

'47 -^-

КИ2(ОАс)4 х—' Си(асас)2 X

21-к,1

или Си(асас)2

йСЕ, 100 °С

ОН

v»

мч „м

N Аг

+ I М=/

X-

44а-И 45а-И

Табл. 4 - Си(асас)2-катализируемая реакция азиринов 1а-с,г с циклическими диазокето-амидами 21—к и диазокетоэфиром 21_

Диазосоединение 2 + азирин 1 X Аг Выход 44 (%) Выход 45 (%) Соотношение диастереомеров 45*

21+ 1Ь ын 4-МеС6Н4 16 44а следы 45а -

2]+1Ь КАс 4-МеСг,Н4 34 44Ь 1745Ь 1.5 : 1

2\ + 1а ИАс РЬ 28 44с 20 45с 1.6 : 1

2к+ 1Ь Шос 4-МеСбН, 43 44(1 12 45(1 1.8 : 1

21+ 1Ь О 4-МеС6Н4 25 44е 24 45е 1.7: 1

21+ 1а О РЬ 16 44Г 11 45Г 2 : 1

21+ 1с О 4-МеОС6Н4 18 44» 5 45§ 2 : 1

21+ 1г О 4-ВгС6Н4 64411 3 4511 2 : 1

*Дпя соединений 45а—(1 основной (З/й'.ЗД.УЬизомер, для соединений 45е-И - (5Д5,95Д>изомер.

Было показано, что защитная Вос-группа в соединениях 446 и 45с1 может быть эффективно удалена обработкой их растворов в дихлорметане трифторук-сусной кислотой при 0 °С. А'-Незамещённый оршо-конденсированный аддукт 44а был выделен в реакции диазотетрамовой кислоты 2\ с 3-толил-2Я-азирином 1Ь с низким выходом (16%). С более высоким выходом аддукт 44а можно получить из Вос-замещённого аналога 2к с последующим снятием защиты. Для получения спироаддукта 45а необходимо использовать только двухстадийную процедуру, включающую снятие Вос-защиты.

Из строения конечных продуктов видно, что по крайне мере один из новых циклов соединений 44 и 45 формируется через раскрытие связи И-С2 азириново-го кольца. Считается, что такого типа процесс раскрытия азиринового цикла может происходить как при нагревании через образование нитрена, так и в условиях катализа через образование металлокомплекса винилнитрена. Наиболее вероятный путь образования соединений 44 и 45 включает координацию азирина с медным катализатором (структура 46), приводящую к комплексу винилнитрена 47, который перехватывается диазосоединением с последующей циклизацией в енол 48. Последний может атаковать вторую молекулу комплекса нитрена 47, давая после циклизации конденсированные аддукты 44 (енол 48 атакует атомом С3) или спироаддукты 45 (енол 48 атакует кислородом гидроксила).

Так как в ходе реакции не было зафиксировано никаких интермедиатов, в том числе и енола 48, то для уточнения механизма реакции и для проверки возможности образования аддуктов 44 и 45 через промежуточный триазолил-замещённый енол был синтезирован его иора-метоксифенильный аналог 49, из которого в условиях катализа ацетилацетонатом меди был получен бицикличе-ский продукт 50, что подтверждает предложенный механизм реакции.

ОМе

N2 N1—'

Ас'

КИ2(ОАс)4 120 °С

ОМе

Ас 49 (82%)

ОМе

р-То!

>7 N 1Ь

Си(асас)2 ОСЕ, 100 "С

ОН 50 (55%)

3. Выводы

1. Разработан метод синтеза неконденсированных 2//-1,4-оксазинов из 2Н-азиринов и ациклических диазокарбонильных соединений: а-диазокетонов, а-диазо-Р-дикетонов и а-диазо-Р-кетоэфиров, позволяющий формировать 1,4-оксазиновый цикл с алкильными, арильными, гетарильными, алкоксикарбониль-ными и ацильными группами. Склонность ароилдиазоацетатов с донорными иара-заместителями претерпевать перегруппировку Вольфа в условиях Ш1(П)-катализа ограничивает их использование в синтезе 2Н-1,4-оксазинов.

2. Предложена схема образования 2Н-1,4-оксазинов из 2#-азиринов и ациклических диазокарбонильных соединений в условиях Ш1(П)-катализа, включающая генерирование нестабильных азириниевых илидов, их необратимое раскрытие в 1-ацил-2-азабута-1,3-диены с последующей 1,6-циклизацией с участием кето-группы. Альтернативное направление стабилизации промежуточного или-да, 1,5-циклизация в производное азирино[2,1-6]оксазола, происходит обратимо и может конкурировать с изомеризацией в азадиен при наличии в реакционной смеси сильного электрофила, например, ацилкетена, способного перехватывать азиринооксазольный интермедиат.

3. Экспериментально и теоретически установлено, что образование 3,4-дизамещенных 1-ацил-2-азабута-1,3-диенов из арил- и алкилзамещенных азири-нов, которое контролируется стадией раскрытия азириниевого илида по связи Ы-С2, протекает Е-стереоселективпо.

4. Показано, что (3£)-1-ацил-2-азабута-1,3-диены циклизуются в 2Я-1,4-оксазины быстрее, чем 2-изомеры. Введение акцепторных заместителей в положение 1 азадиена ускоряет циклизацию, а в положение 4 - замедляет.

5. Установлено, что неконденсированные 2#-1,4-оксазины обладают фото-хромными свойствами: при УФ-облучении они раскрываются в 1-ацил-2-азабута-1,3-диены, окрашенные в цвет от желтого до оранжевого. 2Я-1,4-Оксазины, монозамещенные по положению С2, раскрываются в (32)-1-ацил-2-азабута-1,3-диены. Обратный процесс циклизации протекает в темноте при комнатной температуре. Оксазины спирофлуоренового ряда, существующие в равновесии с азадиеновыми формами, проявляют термохромные свойства: при нагревании их растворов доля окрашенной азадиеновой формы растет.

6. Установлено, что производные 2-ацетил-3-азагекса-2,4-диендиоатов способны при комнатной температуре претерпевать 2пС12-Н20-катализируемую изомеризацию в 2-пирролиноны. Предложенная схема реакции включает кислотно-катализируемую циклизацию 2-азадиена с участием воды в производное 2Я-пиррола, претерпевающее [1,5]-сигматропный сдвиг алкоксикарбонильной группы в производное ЗЯ-пиррола с последующей таутомеризацией.

7. На основе Си(И)-катализируемой реакции 3-арил-2Я-азиринов с диазо-тетроновой и диазотетрамовыми кислотами предложен новый подход к синтезу 2-замещенных 1,2,3-триазолов с орто-копденсированными (пирроло[3,4-й]пирролил или фуро[3,4-6]пирролил) и спироциклическими (1-окса-4,7-диазаспиро[4.4]нонил или 1,7-диокса-4-азаспиро[4.4]нонил) заместителями при атоме Ы2. Представленный механизм реакции включает Си(И)-катализируемое раскрытие азирина в металл-нитреновый комплекс, две молекулы которого последовательно присоединяются к диазосоединению, формируя две гетероциклические системы: 1,2,3-триазол и пирролин/оксазолин.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Khlebnikov, V. A.; Novikov, М. S.; Khlebnikov, A. F.; Rostovskii, N. V. Rh(II)-Catalyzed reactions of 2H-azirines with ethyl 2-acyl-2-diazoacetates. Synthesis of novel photochromic oxazines // Tetrahedron Letters. - 2009. - Vol. 50. - P. 6509-6511.

2. Rostovskii, N. V.; Novikov, M. S.; Khlebnikov, A. F.; Khlebnikov, V. A.; Korneev, S. M. Rh(II)-carbenoid mediated 2//-azirine ring-expansion as a convenient route to non-fused photo- and thermochromic 2//-1,4-oxazines // Tetrahedron. — 2013. — Vol. 69.-P. 4292-4301.

3. Ростовский, H. В.; Новиков, M. С. Экспериментальное и теоретическое исследование Иг(И)-катализируемой реакции 2Я-азиринов с этил-2-диазоацетоацетатом // Материалы междунар. конф. "Основные тенденции развития химии в начале XXI-го века", Санкт-Петербург, 21-24 апреля 2009. С. 498.

4. Ростовский, Н. В.; Новиков, М. С.; Хлебников, А. Ф.; Корнеев, С. М.; Хлебников, В. А. Каталитические реакции 2Я-азиринов с диазокетоэфирами // Материалы Всерос. молодёжной конф.-школы "Идеи и наследие А. Е. Фаворского в органической и металлоорганической химии XXI века", Санкт-Петербург, 23—26 марта 2010. С. 39.

5. Ростовский, Н. В.; Новиков, М. С. Каталитические реакции диазокетоэфиров с иминами и 2Я-азиринами // Тез. докл. IV науч. конф. студентов и аспирантов химического факультета СПбГУ, Санкт-Петербург, 2010. - СПб: ВВМ, 2010. — С. 91-92.

6. Ростовский, Н. В.; Сметанин, И. А.; Новиков, М. С.; Хлебников, А. Ф. Rh(II)-Катализируемая реакция 2Я-азирин-2-карбоксилатов с этил-диазо-ацетоацетатом: путь к стабильным 1-ацетил-2-азадиенам // Тез. докл. V Всерос. конф. студентов и аспирантов "Химия в современном мире", Санкт-Петербург, 2011. - СПб: ВВМ, 2011. - С. 439-441.

7. Ростовский, Н. В.; Новиков, М. С.; Хлебников, А. Ф. Синтез акцепторно-замещённых 2-азадиенов из 2Я-азиринов и диазокетоэфиров и их гетероциклиза-ции // Материалы V Междунар. симпозиума «Химия алифатических диазосоеди-нений: достижения и перспективы", Санкт-Петербург, 7—8 июня 2011. С. 65-66.

8. Rostovskii, N. V.; Novikov, М. S.; Khlebnikov, A. F.; Korneev, S. М. Reactions of azirines with cyclic and acyclic diazo keto esters: two types of catalysis // Book of Abstract of International Congress on Organic Chemistry, Kazan, September 18—23, 2011. P. 211.

9. Ростовский, H. В.; Новиков, M. С. 2Я-Азирины в синтезе 2Я-1,4-оксазинов и 1,2,3-триазолов // Тез. докл. VI Всерос. конф. молодых учёных, аспирантов и студентов с междунар. участием "Менделеев-2012", Санкт-Петербург, 2012. — СПб: Соло, 2012.-С. 95-97. i: s ,V; : . .

10. Rostovskii, N. V.; Smetanin, I. A.; Novikov, M. S.; Khlebnikov, A. F. Reactivity of l-acyl-2-azabuta-l,3-dienes derived from 2#-azirines and Rh(II)-carbenoids: 1,6-vs 1,4-electrocyclization // Book of Abstract of International Symposium "Frontiers of Organometallic Chemistry", Saint-Petersburg, September ¿i-22,'20.12,- P. 110.

11. Ростовский, H. В.; Новиков, M. С. О механизме 1-ацил-2-азабутадиен — 2-пирролиноновой изомеризации // Тез. докл. VII Всерос. конф. молодых учёных, аспирантов и студентов с междунар. участием по химии и наноматериалам "Менделеев-2013", Санкт-Петербург, 2013. - СПб: Соло, 2013. - С. 237-239.

Сдано в набор 20.06 13. Подписано в печать 21.06.13. Формат 60 * 84 7i6 Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Печать цифровая. Усл. печ. л. 1.00. Тираж 100 экз. Заказ 5509.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии химического факультета СПбГУ 198504 Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., д. 26

тел.: (812) 428-4043, 428-6919_

торый после потери молекулы азота циклизуется в азиридины 3 (в этом случае хиральные кислоты Льюиса могут приводить к оптически активным продуктам).

АГ

+1А

-1А

Аг N

I

1.А £

N2

со2я'

14-Аг-

-СОг!Ч' N

I

1.А

ЯОгС

л * N Аг ,

Аг транс-3

Р5'02С Аг^к

Аг'

цис-3

оптически активны, если 1.А = 1.А*

Анализ литературы показывает, что тип механизма с уверенностью установить в каждом конкретном случае бывает довольно затруднительно. Наиболее подробно изучены реакции ал-килдиазоацетатов. Так, предполагается, что взаимодействие этилдиазоацетата с иминами ароматических альдегидов, катализируемое мономерным родиевым катализатором 8, реализуется через карбеноид и приводит к образованию азиридинов 9и ¿(¿с довольно сильным разбросом их выходов [4].

УЛЛЛ'Ви-'

\=/ I отг

г

N2

С02Е1

° о

Ви-г

С02Е1

ТНР, С02С12

А

9

58-90

И

С02Е1

,2 10 42-10

Я1 = РИ, 4-МеСбНд, 4-С1С6Н4, 4-02ЫС6Н4, Г-Ви; Р2 = РИ, 4-МеС6Н4, РЬСН2, 10-75%, ее <11%

Авторами показано, что реакция протекает стереоселективно, при этом преимущественно (3:1) образуется цис-изомер 9. Выходы продуктов уменьшаются при введении заместителей в парильную группу, но диастереоселективность остается прежней. Большие выходы продуктов получены при использовании в качестве растворителя ТНР по сравнению с дихлорметаном.

Известны аналогичные реакции и для ряда других диазосоединений: алкил-2-фенил-2-диазоацетатов, диазомалоновых эфиров, алкил-2-диазоацетоацетатов и 2-диазо-1,3-дикетонов. Причем, как будет показано ниже, результат реакции существенным образом зависит от строения как диазосоединения, так и имина.

Например, метил-2-фенил-2-диазоацетат в присутствии Ю^ОАс^ в мягких условиях реагирует с Ж-бензилиденанилинами, включая слабонуклеофильные акцепторно-замещённые субстраты, причем реакция протекает стереоселективно с образованием только азиридинов 11_ с цис рас-

о

о

МеО у ОМе N2

.-

КЬ2(ОАс)4 МеО С1СН2СН2С1, 84 °С

„РИ

О о

Ме^^Ч

N2

КИ2(ОАс)4 С1СН2СН2С1, 84 °С

ОМе

Н, N СОМе

СО(Ч

К = Ме, 88% И = РИ, 84% (цис/транс 1/2.2)

Обсуждаемая реакция, помимо синтеза азиридинов, широко используется для получения производных пиррола, пирролина и родственных гетероциклов.

Пирролины 1£ и пирролидины 75 могут быть получены с высокой стереоселективностью в трехкомпонентной реакции сочетания а-диазоэфиров с А^-бензилиденанилинами и активированными алкенами и алкинами в присутствии порфириновых комплексов рутения, которые катализируют реакцию уже в количестве 0.1 мол. % [7].

Так как порфириновые комплексы рутения(П) в реакциях с диазосоединениями образуют рутений-карбеновые комплексы, то предполагается, что реакция протекает через промежуточное образование азометин-илидов, претерпевающих 1,3-диполярное циклоприсоединение к кратной связи.

Ме02С

Х02Ме (Г + Аг1.

Ы2

лС02Ме

Ме02С-

-С02Ме

Аг [Кип(ТРСРР)(СО)] СЮН2СН2С1

Ме02С

14, 59-98%

Аг1 = РИ, 4-02МС6Н4, 4-С1С6Н4, 4-МеОС6Н4, 4-МеС6Н4, 3-МеОС6Н4 Аг2 = РИ, 4-МеОС6Н4, 4-С1С6Н4, 3-С1С6Н4

[^"(ТОСРРКСО)]

К

Х02Ме

(I

Ы2

РК

^ Аг

Ри"СГОСРР)(СО)] СН2С12

чС02Ме

[ "Аг

РЬ

15, 45-91%

Аг = РЬ, 4-МеОС6Н4;

(4 = 1Ч2 = 1Ч3= Н, И1 = С02Ме; К1 = С(0)Ме; К1 = 2-оксазолидин-З-илкарбонил; И = Я3 = Н, ^ = С02Ме, Б2 = Ме; Р = Р?2 = Н, Р1 = С(0)РЬ, (Ч3 = РИ; = -С(0)ЫРЬС(0)-, К2 = (Ч3 = Н

Реакция циклоприсоединения может быть успешно реализована и с более стерически загруженным илидом, генерированным, например, из диметилдиазомалоната и А- бе нз и л и ден - Домети л амина [8]. При использовании Л-фенилмалеимида в качестве дипольной ловушки были

получены аддукты 1,3-диполярного циклоприсоединения ¿6. В отсутствие А'-фенилмалеимида получен продукт 17 1,3-диполярного циклоприсоединения азометин-илида к исходному имину.

РИ

Ме(Э2С С02Ме

т

N2

ЯЬ2(ОАс)4 РИМе, 110°С

Ме02С^-^С02Ме Ме

О

РИ

Ме^А^О.Ме

^ /^С02Ме

РЬ Ме 17

О

РЬ О

оЯЛс°2Ме

\ ^СОгМе

РН Ме 16

экзо 50%; эндо 34%

Металлокарбеноиды из диазосоединений способны образовывать иминиевые илиды с эндоциклическими С=К связями гетероциклических соединений. 1,3-Диполярное циклоприсо-единение таких илидов - это удобный подход к конденсированным гетероциклическим системам. Два примера синтеза гетерополициклов 18 и ¿9 на основе карбен-илидных реакций с использованием диазосоединений в качестве источника карбеноидов приведены ниже [9, 10].

СН2РИ

N ^ э Ы2СНСО2Е1 □

Си(асас)2

Я1 = Ме2С=СС02Ме

ЕЮ2С

СН2Р1п +

ь

I—м^

и2о2с

И2О2С

со2и2

СН2Р11

_, -з [9]

Р!2 = Ме, Е1 —/,*|—|

I— N

V

15 *

,о

м \ РЛ12(Ос1)4 >-3

о

Ме02С

И

ЭМАО

1,3-сдвиг

С02Ме С02Ме

[Ю]

Внутримолекулярный вариант 1,3-диполярного циклоприсоединения азометин-илидов является эффективным способом получения полициклических гетероциклических молекул. Так, внутримолекулярное 1,3-диполярное циклоприсоединение алкоксикарбонилзамещённых азометин-илидов к сложноэфирному карбонилу было реализовано в реакции иминов О-ацилсалицилового альдегида с этилдиазоацетатом в присутствии Си^асас^, приводящей к образованию 2,5-эпокси-1,4-бензоксазепин-3-карбоксилатов 20 и [11]. Реакция протекает сте-реоселективно с преимущественным образованием эндо-изомера 20.

(СН2)п

СН2М2

п = 3-5 М

Н

(сн2)п [X

— N 35, 8-97%

(СН2)П

^_м

N3 +

"V"

у

84-96%

2,3-Дифенил-2#-азирин реагирует с фенилдиазометаном в эфире, давая смесь азидов 59 и 40 в соотношении 8:1 с выходом 71%. Вероятный механизм образования азидов включает 1,3-диполярное циклоприсоединение фенилдиазометана к азирину с образованием циклоаддукта 38, который перегруппировывается в конечные азиды [19, 20].

Р^Ч_уР\\ РЬСНМ2

V/ -

N

Н^рк

38

РЬ

РЬ

РЬ

РЬ

N3 39

РЬ

РЬ-

РЬ

N3 40.

71%

У

Реакция дифенилдиазометана с 3-фенил-27У-азирином в кипящем толуоле приводит к образованию двух изомерных азадиенов и 42_ с выходами 20 и 19% соответственно [21]. Эти соединения можно рассматривать как 1:2 аддукты азирина и дифенилкарбена, который образуется при термическом разложении дифенилдиазометана. Кроме того, был выделен пирролин 43_, который становится основным продуктом при использовании избытка диазосоединения. Та же реакция при более низкой температуре, при кипячении в эфире, приводит с хорошим выходом к 1:1 аддукту, азадиену 44.

\\ РЬ РЬ

44,71%

РЬ

РЬ2С^ РЬ

Е120, 36 °с

РЬ

РЬ2СЫ2 у7 Р1-1СН3, 110 °с

ГУт

РЬ РЬ РЬ

41, 20%

РЬ

РЬ

ГУЧ

РЬ РЬ РЬ 42, 19%

РЬ

N2

А

РК С02Ме

РИ РИ

N РН2(ОАс)4, СН2С12

Р(1

V"

Ме02С"^РЬ

РЬ

РИ

. , А

РЬГ N С02Ме 47, 68%

В аналогичной реакции 2,3-дифенил-2#-азирина с диазомалонатом, проведенной в присутствии каталитических количеств тетраацетата диродия в кипящем хлороформе, неожиданно с выходом 73% был получен диметил-3,4-дифенил-2,3-Дигидроазет-2,2-дикарбоксилат 49 [22, 23, 24]. Несмотря на то, что даже следов ожидаемого азадиена 48 в реакционной смеси обнаружено не было, авторы [22, 23, 24] предположили, что азетин 49_ является продуктом циклизации азадиена 48_, который в этом случае оказывается неустойчивым.

ы2

II

Ме02С С02Ме N КЬ2(ОАс)4, СНС13*

Ме(Э2С С02Ме

РИ РИ

С02Ме

N С02Ме 48

РЬ

РЬ

^СОгМе V ЧС02Ме 49, 73%

2.3.2. Реакции 2-незамещенных З-арил-2/7-азиринов с карбеноидами

Исследование химического поведения 3-монозамещённых 2//-азиринов в условиях термокаталитического разложения метил-2-фенил-2-диазоацетата и диметил-2-диазомалоната показало, что стабилизация промежуточного азириниевого илида происходит более сложным образом, чем аналогов из 2,3-дизамещенных 277-азиринов [22, 23, 24]. Кипячение смеси азиринов и фенилдиазоацетата в присутствии каталитических количеств КЬгСОАс^ в СЬЬСЬ приводит к образованию, наряду с азадиенами 50а-с, стереоизомерных пирролинов 51а-с.

Аг

>7

N

Ы2

II

РЬ'"^С02Ме ЯЬ2(ОАС)4, СН2С12

А,

Ме02С РИ

II РЬ

^""^СОгМе

РЬ

,_^--с02Ме

РИ

-се

С02Ме

Аг'" ^С02Ме ' Аг

503=0 51а-с

(а) РИ, (Ь) 4-МеС6Н4, (с) 4-ВгС6Н4

Аг Соотношение азирин/диазосоединение Выход 50, % Выход 5/, %

РЬ 1 2 56 10

4-МеС6Н4 1 2 56 20

4-МеС6Н4 1 4 23 45

4-МеС6Н4 1 6 9 60

4-ВГС6Н4 1 2 62 18

Авторами было показано, что соотношение продуктов реакции 3-фенил-, 3-толил- и 3-(4-бромфенил)-2Л-азиринов с метил-2-диазо-2-фенилацетатом сильно зависит от количества введенного в реакцию диазосоединения. При увеличении мольного отношения диазосоедине-ние/азирин выход пирролинов увеличивается, а выход азадиена уменьшается. Вместе с тем специальными экспериментами было показано, что в условиях реакции азадиены не превращаются в пирролины.

Аналогичные результаты были получены [22, 23, 24] в экспериментах по изучению реакций 3-фенил-, 3-толил- и 3-(4-бромфенил)-2Я-азиринов с диазомалонатом, в которых использовалось мольное соотношение азирин/диазосоединение 1:1.13-1.24. Для всех азиринов наблюдались достаточно высокие общие выходы азадиенов 52а-с и пирролинов 53а-с.

Аг

У

Ме02С С02Ме ^(ОАс^, СНС13

Аг

Ме02С С02Ме J

х

С02Ме С02Ме

(a) РИ

(b) 4-МеС6Н4

(c) 4-ВгС6Н4

йМ=й

51% 52% 43%

Аг

С02Ме -С02Ме

^ /V—С02Ме Ы С02Ме

53а-с

17% 19% 31%

На основании этих данных авторы [22, 23, 24] предложили следующий путь образования пирролинов 57. Взаимодействие азирина и карбеноида, генерированного из диазосоединения и родивого катализатора, дает илид 54, который претерпевает раскрытие в азадиен 55. Реакция илида 54 с диазосоединением приводит к бетаину 56, который в случае 2-незамещенных 2Н-азиринов претерпевает внутримолекулярное нуклеофильное замещение с образованием пирро-лина 57.

Аг

ы2

и

(Ч С02Ме

N РИ12(ОАС)4 К = РИ, С02Ме

МеОгС^К

54

Аг

N2

А

^ СОгМе

II К

Ы^СОгМе

55

Агч

Ме02С—[—^

И I. _

к С02Ме 56

Аг

Р

С02Ме К

М' ЧС02Ме 51

2.3.3. Реакции 2//-азиринов с карбеноидами из 2-алкенил- и 2-ацил-2-диазоацетатов

Введение дополнительной непредельной группировки, алкенильной или ацильной, в положение С2 диазоэфира расширяет синтетические возможности их использования в реакции с 2//-азиринами, например, для синтеза гетероциклических соединений.

В 2013 году авторы работы [25] сообщили о каталитической реакции 2Я-азиринов с 2-алкенил-2-диазоацетатами, на основе которой ими был разработан двухстадийный метод синтеза замещенных пиридинов 60. Реакция протекает через образование 3-азатриенов 58 и 1,4-дигидропиридинов 59 (и первые, и вторые в некоторых случаях были выделены), которые на второй стадии окисляли ООр до пиридинов 60. Обнаружилось, что соединения родия с объемными лигандами, ЯЬг(Р1у)4 и Ш^ввр)^ дают наилучшие результаты.

N

ЕЮ2С

РЬ

С1СН2СН2С1, 90 "С

ею2с

ею2с

К1 = Ме, Вп, Су, РЬ, 4-МеОС6Н4, 4-02NC6H4, 2-С1С6Н4, 2-нафтил, 2-тиенил, 2-фуранил, транс-СН=СНРЬ И2 = С02Вп, С02Е1, С02Ме, С02Ви-?, РИ

Ме02С ^ РЬ 612, 72-95%

КЬ2(езр)4

Несколько лет назад в нашей лаборатории были получены предварительные результаты по Ш12(ОАс)4-катализируемой реакции 2Я-азиринов с некоторыми этил-2-ацил-2-диазоацетатами [26].

N2

С02Е1

О

КЬ2(ОАс)4 С6Н6, 80 °С

И

РЧ

ею2С-^0

N 61

"С02Е1

Я1 Я2 Я3 я4 Выход 6]_, %

4-МеС6Н4 н н Ме 16

РЬ РЬ н Ме 37

РЬ 2,2'-бифенилен Ме 43

РЬ РЬ н РЬ 45

РЬ Н н СР3 30

4-МеС6Н4 Н н СР3 11

РЬ РЬ н С¥3 32

РЬ 2,2'-бифенилен СР3 15

К ожидаемым оксазатриенам типа 55 эти реакции не приводят, а в качестве основных продуктов образуются 2#-1,4-оксазины 67. Так, при медленном добавлении раствора диазоке-тоэфира в бензоле к кипящей смеси 2//-азирина и 1.1 мол. % ГИ^ОЛс^ в бензоле образуется смесь, из которой методом колоночной хроматографии с невысокими выходами были выделены 2Н-1,4-оксазины 61.

Исследование механизма последней реакции не проводилось, хотя было высказано предположение, что 1,4-оксазины 67 образуются при нуклеофильной атаке атома кислорода карбонильной группы илида по атому углерода С2 азиринового цикла. Низкие выходы конечных продуктов, производных 1,4-оксазина, авторы связали с последующими реакциями первичных продуктов, оксазинов, с Ш1(Н)-карбеноидами.

Таким образом, основным направлением стабилизации азириниевых илидов, продуктов взаимодействия азиринов с Ш1(П)-карбеноидами, является изомеризация в открытоцепные изомеры, содержащие 2-азабута-1,3-диеновый фрагмент. Реакционная способность именно этих соединений определяет характер конечных продуктов этих реакций. Поэтому в следующем разделе обсуждаются некоторые известные химические свойства 2-азабута-1,3-диенов, большая часть которых представлена в двух обзорных статьях, опубликованных в последнее десятилетие [27, 28].

2.4. Химические свойства 2-азабутадиенов

Анализ литературы по химии 2-азабутадиенов показывает, что большая часть известных межмолекулярных превращений 2-азабутадиенов относится к реакциям (4+2)-циклоприсоединения. Например, известна реакция Дильса-Альдера с обращенными электронными требованиями между 2-азадиенами 62 и циклоалкенами, такими как транс-циклооктен и г/мс/транс-циклооктадиен [29].

Х= СН2-СН2

х= сн=сн

К1= Н, С02Ме, Ме Я2= С02Е1, Н, С02Ме К3= Н, С02Ме К4= Ме, РИ К5= С02Е1, Н, Ме К8= С02Е1, СИ

Большое количество реакций, относящихся к реакции Дильса-Альдера с обращенными электронными требованиями, - это синтезы пиридинов, дигидропиридинов и орто-конденсированных пиридинов с участием енаминов. Так, р-енаминоэфиры 6£ региоселективно

н2= н

(ч3= со2^

70-95%

присоединяются к электронодефицитным азадиенам 63 с образованием дигидропиридинов 65, которые затем окисляются до пиридинов 66 [30].

С4н8ы

СОгЯ4

СОг^ 63

со2р

-NN04148

со2к4

со2^

65

С02К4

Я1 = Н, Ме, РИ; Я2, Я4 = Е1, Ме

Я3 = РИ, 4-МеОС6Н4, 4-02ЫС6Н4, 2-02ЫСвН4, 4-Ме2ЫС6Н4, 4-МеС6Н4

В качестве диенофилов в реакциях с 2-азадиенами могут быть использованы и карбонильные соединения. Например, при попытке получить 2-азадиен 65 из этилглиоксилата и фосфазе-на 67 был выделен 1,3-оксазин 69, как продукт реакции Дильса-Альдера промежуточного аза-диена с этилглиоксилатом [31].

о

к

С02Е1

РИ

§1

С02Е1

РИ

о

С02Е1

С02Е1

м^о

II

68

14= РИ, 2-фуранил, 2-тиенил, 3-пиридил

Н' 'С02Е1

РЬ 69

Особое место в диеновом синтезе занимают так называемые диены Данишевского, содержащие активирующие силилокси группы, например, при атоме С . Азааналоги таких диенов также легко вступают в реакцию Дильса-Альдера с широким кругом диенофилов. В работе [32] были изучены реакции азадиенов 70 с ацетиленкарбоксилатами, приводящие к пиридонам 71.

я1

?-ВиМе2ЭЮ,

V

еж-1

бензол, 80 °С

С02Ме

Г-ВиМе2БЮ

С02Ме

к3о Я2

71

Н, Ме, С!, Р, РИ Ш Я2= Н, Ме

Я3= МЗиМе281, /-Рг, Е1 Я4= С02Ме, Н

Известны исследования, посвященные реакциям 1,3-диполярного циклоприсоединения с участием 2-азадиенов, выступающих в роли диполярофилов. В работе [33] изучалось влияние заместителей при атоме С4 азадиенов 72 на их реакционную способность по отношению к 4-нитробензонитрилоксиду и диазометану. Оказалось, что если азадиен не имеет заместителей при атоме С4, присоединение нитрилоксида происходит по связи С=С с образованием соедине-

ний 73. При наличии же заместителей при атоме С реакция, напротив, проходит по связи С=Ы с образованием соединений 7£. 1,3-Диполярное циклоприсоединение диазометана к азадиенам 72 происходит только по связи С=С вне зависимости от её замещения.

РШ ^

72

Я3=Н, С02Ме

РЬ'

РЬ

Л

13, 50-64% Я1 = Р?2=Н

74, 38-85% Я1, К2= Н, Ме, РЬ

Что касается внутримолекулярных превращений 2-азабутадиенов, то известно лишь несколько примеров таких реакций, и они ограничены электроциклизациями и нуклеофил-инициируемыми циклизациями.

Авторами работы [31] установлено, что для 4-фенилзамещенных 2-азабутадиенов реализуется 1,6-циклизация с участия бензольного кольца. Например, азадиены 75 при кипячении в ксилоле с высокими выходами превращаются в изохинолины 76. Их образование автроы [31] объяснили 1,6-электроциклизацией азадиена и последующим дегидрированием промежуточного дигидроизохинолина в условиях реакции.

ксилол, 140 °С N

с.1

К1,1Ч2= фенил, 2-фурил, 2-тиенил, 3-пиридил

[О]

7£, 78-83%

При нагревании с ацетальдегидом электроноизбыточный азадиен 77 претерпевает 1,4-электроциклизацию в промежуточный азетин, который в условиях реакции десилилируется в р-лактам 78 [34].

т

о

№ X.

МеэвЮ Ы' II

СН3СНО

ОПРЭ

. толуол, 100°С РИ |

^ л-т

ОЛРБ 78

Второй известный пример 1,4-электроциклизации 2-азабутадиена в азетин обсуждался в разделе 2.3.1 и был представлен превращением электронодефицитного 2-азадиена, образование

которого постулировалось в реакции 1,2-дифенилазирина с диметилдиазомалонатом в присутствии Ю12(ОАс)4, в которой было выделено только производное 1-азетина [22, 23, 24].

В работе [35] были изучены нуклеофил-инициируемые циклизации 2-азадиенов 79,82, содержащих два акцепторных заместителя при атоме С1 азадиенового фрагмента. В реакциях с различными нуклеофилами был получен широкий ряд пятичленных азотсодержащих гетероциклических соединений.

о

4 СООМе

СООМе т1к2

/

/ оииме / !

N М=( ^ЫМН, Р^МНЫ М=< МеОН, 65 °С

}=< СЫ СНС13 ' -НСЫ ' II /У-СООМе

РК Ме Р11 Ме

& 80а, К1 = Н, Я2 = РЬ, 80%

Ме

81а. Я1 = Н, И2 = 81Ь. (Ч1 = Ме, К2 = РЬ,18% 81с. Я1 = Ме, Н2 = Ме,17%

сь Р-Ч N0 ыс^ы^ме

РИ ^ ) СЫ ) СЫ НС1/ЫЕ13 ^ ^

Ме^М снс,з СЫ СЫ кипячение РИ

М, 16% -НСЫ РЬ Ме РИ Ме

§2 84 142,4 25- 59%

Так, нуклеофильная атака фенилгидразина по атому С4 азадиенового фрагмента соединения 79 приводит к замещению морфолинильного заместителя с образованием 2-азадиена 80а, который при кипячении в метаноле циклизуется в имидазол 81а с отщеплением НС1Ч. Аналогично были получены имидазолы 81Ь,с и ЯЗ. Реакции с некоторыми другими нуклеофилами, например, а-аминоацетонитрилом, приводят к образованию бициклических систем [35]. Так, из азадиена через промежуточный азадиен 84 был получен имидазопиразин 85.

Поскольку главными объектами настоящего исследования являются 2Н-1,4-оксазины, образующиеся в реакциях азиринов с диазокарбонильными соединениями, то в следующих двух разделах анализируются имеющиеся методы синтеза 2//-1,4-оксазинов, не конденсированных с ароматическим кольцом, и обсуждается ф