Синтез азапиренов на основе реакции азафеналенов с непредельными нитросоединениями тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

КУМШАЕВА АЛЛА БОРИСОВНА

СИНТЕЗ АЗАПИРЕНОВ НА ОСНОВЕ РЕАКЦИИ АЗАФЕНАЛЕНОВ С НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ НИТРОСОЕДИНЕНИЯМИ

02.00.03 — органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 П МАЙ 2013

Астрахань - 2013

005058850

005058850

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

на кафедре химии

Научный доктор химических наук, профессор

руководитель: Аксенов Александр Викторович

Официальные доктор химических наук, профессор

оппоненты: Рябухин Юрий Иванович

(ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», заведующий кафедрой общей, неорганической и аналитической химии)

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Шепеленко Евгений Николаевич

(Южный научный центр РАН, отдел физической органической химии)

Ведущая ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный

организация: исследовательский университет»

Защита диссертационной работы состоится « 6 » июня 2013 года в 12 0 часов на заседании диссертационного совета Д 307.001.04. при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, 2-ой учебный корпус, ауд. 201

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Астраханского государственного технического университета (ул. Татищева, 16, АГТУ, главный учебный корпус).

Автореферат разослан « 29 » апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических паук, доцент "" Шинкарь Е. В.

Общая хараетеристика работы

Актуальность проблемы. Одна из важнейших задач, которые решают химики-органики, состоит в поиске новых синтетических путей. Это могут быть методы синтеза, как ранее не известных, так и уже существующих химических соединений. Такие вещества могут быть интересны, как для теоретической, так и прикладной химии. К ним относятся производные азапи-ренов, которые имеют совершенно уникальное электронное строение, но до последнего времени остаются малоизвестными и, следовательно, малоизученными.

Ряд веществ из небольшого количества полученных представителей этих соединений используются как органические люминофоры, красители, особенно это важно в свете развития в последнее время OLED технологий, вещества, которые обладают высокой биологической активностью.

Нашей научной группой на протяжении последних 8 лет проводились систематические исследования в области поиска новых методов пери-аннелирования, что позволило накопить большой опыт в этом направлении. В основе создаваемых методов лежали различные подходы. Ацилирование перимидинов и других азафеналенов системой реагентов, найденной в нашей лаборатории, - 1,3,5-триазины/ПФК. Это позволило разработать простые, одностадийные, общие методы «ери-аннелирования различных циклов к феналенам и азафеналенам. Были найдены способы иери-аннелирования карбоциклического, [с, ^пиридинового и пиридазинового ядра. В то же самое время подход не давал возможность разработать методы пери-аннелирования [6, с] пиридинового ядра и других иерм-аннелированных соединений, содержащих атом азота, связанный с нафталиновой системой.

Тем не менее, методов, включающих образование в ходе реакции новых связей C-N и С-С с пери-положениями нафталиновой системы, не было. Очевидно, что поиск новых реагентов, позволяющих создавать такие методы, даст возможность существенно расширить арсенал методологии пери-аннелирования. Данные обстоятельства послужили толчком для реализации этой работы.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы" (грант № 2010-1.2.1-102-020-013) и при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 10-03-00193а).

Цель работы. Разработка методов лери-аннелирования [¿>,с]пиридинового ядра на основе реакции ненасыщенных нитросоединений с азафеналенами в среде полифосфорной кислоты (ПФК).

Задачи исследования.

1. Исследование реакции перимидина и 1,2,3-триазафеналена с ненасыщенными нитросоединениями в относительно «мягких» условиях.

2. Исследование реакции перимидинов с избытком нитростиролов в ПФК.

3. Исследование реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с ненасыщенными нитросоединениями.

4. Исследование реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нитрокетонами;

5. Определение синтетического потенциала 1,8-дигидропиридо [2,3,4-g,h] перимидин-7(6Я)-онов.

6. Установление структуры полученных химических соединений.

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость.

Исследована реакция перимидинов и 1Я-нафто[1,8-<аг,е][1,2,3]триазина

(1,2,3-триазафеналена) с нитростиролами в зависимости от соотношения реагентов, температуры, содержания оксида фосфора(У) в полифосфорной кислоте. Установлено, что реакция перимидинов с нитростиролами в полифосфорной кислоте с 80 %-ным содержание Р205 при 65-75 °С приводит к лери-аннелированию пиридинового цикла с образованием неизвестных ранее 1,8-дигидропиридо[2,3,4-£,й]перимидин-7(6Я)-онов. Выяснено, что в аналогичных условиях из 1Я-нафто[1,8-4е][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена) и нитростиролов образуются производные неизвестной ранее гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапирена - 3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-^е][1,2,3]триазин-7(6Н)-оны.

Показано, что использование двукратного мольного избытка по отношению к перимидину соответствующего нитростирола, увеличение температуры реакции до 100-110 °С и использование ПФК с 86 %-ным содержанием Р205 приводит к образованию неизвестных ранее 7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов.

При увеличении температуры до 140-150 °С наблюдается миграция фе-нильной группы с образованием 7-фенил-1,3,6-триазапиренов. Эта синтетическая последовательность представляет собой неизвестную ранее домино-реакцию: присоединение по Михаэлю - электрофильное ацетамидирование - 1,2-сдвиг фенильной группы - дегидратация. Разработан метод синтеза 8-фенил-7-хлор-1,3,6-триазапиренов, основанный на реакции 8-фенил-7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов с хлорокисью фосфора. Показано, что восстановление этих хлорпроизводных цинком в уксусной кислоте приводит к 8-фенил-1,3,6-триазапиренам.

Разработаны методы синтеза 7-нитро-1,3-диазапиренов, основанные на реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нитростиролами. По-

казано, что реакция 1,3,5-триазинов с перимидинами и нитростиролами в полифосфорной кислоте является новой мультикомпонентной реакцией.

В ходе выполнения работы разработаны методы иергг-аннелирования [Ь,с]пиридинового ядра и карбоциклического ядра, содержащего нитрогруп-пу, к азафеналенам, синтезированы представители двух неизвестных ранее классов гетероциклических соединений.

Методология и методы. Использовались классические методы синтетической органической химии, а также современные физико-химические.

На защиту выносятся.

1. Эффективный метод лери-аннелирования [&,с]пиридинового ядра к пери-мидинам реакцией с 1Я-нафто[1,8-о,,е][1,2,3]триазином и нитростиролами или нитроспиртами.

2. Неизвестный ранее домино - процесс, включающий присоединение по Михаэлю непредельных нитросоединений к аренам, внутримолекулярное ацетамидирование нитросоединениями в ПФК по Аксенову, 1,2-сдвиг арильной группы.

3. Методы синтеза ранее неизвестных 7-нитро-1,3-диазапиренов, как, исходя из альдегидов и кетонов перимидинового ряда, так и самих перимидинов.

4. Новые синтетические возможности продуктов ие/;ы-аинелирования [6,с]пиридинового ядра - 1,8-дигидропиридо-[2,3,4-&/г]перимидин-7(6Я)-онов.

Достоверность полученных результатов. Строение полученных соединений подтверждено с помощью 'Н, 13С ЯМР (в том числе COSY и HMQC) и ИК-спектроскопии, данными элементного анализа.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на I и II Международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск, 2009 г. и Железноводск, 2011 г.); X Международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2010 г.); II международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2010 г.); Международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» (Мисхор, 2010 г.); III Международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященной 95-летию со дня рождения проф. А.Н. Коста (Москва, 2010 г.); I и II Всероссийской научной конференции с международным участием «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2011, 2012 г.); 54-57 научных конференциях преподавателей и студентов Ставропольского государственного университета, 2009-2012 г.

Публикации1. Основное содержание работы опубликовано в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов кандидатских и докторских диссертаций, 1 статье и 7 тезисах докладов международных и всероссийских конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 120 страницах, иллюстрирована 92 схемами, 10 таблицами и 5 рисунками. Библиография содержит 136 литературных ссылок.

В первой главе (литературный обзор) рассмотрены литературные данные по методам синтеза азапиренов. Вторая глава - обсуждение полученных результатов, третья — экспериментальная часть.

Основное содержание работы

1. Синтез 8-арил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-£,Л]перимнд1ш-7(6Я)-онов и 8-арил-3,8-дигидропиридо[2'^',4':4,5]нафто[1,8-(/,г][1,2,3]триазин-7(6Я)-онов

Несмотря на достигнутый прогресс при создании методов синтеза аза- и полиазапиренов путем пери-аннелирования различных циклов к азафенале-нам о методах иери-аннелирования [6,с]пиридинового кольца практически до наших работ известно не было. Следствием этого обстоятельства недоступными оставались большинство производных 1,3,6-три-, 1,2,3,6-тетраазапиренов и родственных им соединений.

Исключение составляют две статьи, опубликованные сотрудниками нашей лаборатории в 2011 году. Методы, представленные в этих работах, включают ряд серьезных недостатков. В одном из них требуется предварительно вводить функциональные группы в перимидин, в другом - реакция не позволяет получить продукт с высоким выходом. Он составляет 26-41%. Поэтому требуется хроматографическое разделение продуктов реакции, что существенно ограничивает область применения.

Такие обстоятельства побудили нас продолжить исследования в данной области, связанной с разработкой новых подходов к синтезу 1,3,6-триазапиренов и их производных. Задача синтеза этих и подобных им соединений сводится к созданию связи углерод-кольцо и азот-кольцо, иначе говоря, последовательности алкилирования и электрофильного аминирования.

1 Автор выражает благодарность своим научным консультантам к.х.н. Надеину О. Н., Аксенову H.A. и Смирнову А.Н.

Относительно недавно в нашей лаборатории была найдена новая реакция ацетамидирования аренов алифатическими нитросоединениями в полифосфорной кислоте, которая, как выяснилось, может быть эффективной в случае перимидинов.

я1

1я: Я = Н; Ь: Я = Ме; с: Я = РИ

Этот метод был взят за основу поиска при создании метода пери-аннелирования.

Мы предположили, что, как и все электронодонорные соединения, пе-римидины 1а-с будут алкилироваться нитростиролами 2а-с, в результате чего можно ожидать образования нитросоединения За-к Полученные продукты алкилирования Зам могут вступать во внутримолекулярную реакцию электрофильного ацетамидирования в соответствии со следующим механизмом:

1а: Я1 - Н; Ь: Я1 « Ме; с: Я1 = РЬ; 2а: я' = РЬ; Ь: Я® = 4-ВгС„Н,; с: Я2 = 4-да2СЛ; 3-5а: Я1 = Н, Я2 = РЬ; Ь: Я1 - Ме, Я2 = РЬ; с: Я' = Я2 = РЬ; Л: Я1 = Н, Я2 = 4-ВгСЛ; е: Я1 = Ме, Я2 = 4-ВГС..Н,; Г: Я1 = РЬ, Я2" 4-ВгС«Н,; е: я' , н. Я2 - ^ГТОАН,; Ь: Я1 = Ме, Я2 = 4-Ш2СьН4; пЯ1 =РЬ, Я = 4^0;СвН<;

В результате дифосфорилирования нитроновой кислоты образуются катионы 4ач, которые путем реакции Вильсмайеровского типа превращаются

в промежуточные катионы 5а-1 Последние, в результате отщепления молекулы фосфорной кислоты, образуют оксимы ацеперимидинонов 6а-ь

В качестве альтернативы может быть предложен механизм, включающий генерирование фосфорилированных №оксидов нитрилов 7а-1 или фосфори-лированных гидроксамовых кислот 8а-1

5а-1 8а-|

4-8 а: Я1 = Н, Я2 = РЬ; Ь: К1-Ме, Я2 = РЬ; с: Я'= Я2 = РЬ; й: К1 = Н, К2 = 4-ВгС,Н„; е: Я1 = Ме, Я2 = 4-В1€6Н,; Г: И1 = РЬ, Я2 = 4-ВгС6Н,; г: Я1 = Н, Л2 = 4-М02СбН4; Ь: Я1 = Ме, Я2 = 4-!\,0,С(1Н,; ¡: Я' = РЬ, Я1 = 4-МО,С6Н4

Независимо от механизма, в результате таких превращений будут образовываться оксимы ацеперимидинонов 6а-ь Как хорошо известно, в этих условиях (нагревание в ПФК) оксимы вступают в перегруппировку Бекма-на, образуя после гидролиза соответствующие амиды, в нашем случае 1,8-дигидропиридо[2,3,4-£,/г]перимидин-7(6#)-оны 10а-ь

6а-' 9а-1 10а-1

6,9,10 а: И1 = Н, И2 = РЬ; Ь: Н1 = Ме, Я2 = РЬ; с: Я1 = Я2 = РЬ; й-. Я1 = Н, К2 = 4-ВгОД,; е: Я1 = Ме Я2 = 4-ВгС6Н4; К Я1 = РЬ, Я2 = 4-ВгС.Н,; я: Я1 = Н, Я2 = 4-К,0-,Сг,Н1; Ь: Я1 = Ме, Я2 = 4-КО:е6Н4; ¡: Я' = РЬ, Я2 = 4-

ШзСбН,

Как и предполагалось, реакция перимидинов 1а-с с 1.05 кратным молярным избытком Р-нитростиролов 2а-с в ПФК при 65-75 °С в течение 5 ч приводит к неизвестным ранее 8-арил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-^/2]перимидин-7(6/У)-онам 10а-1 с выходами 71-84 %. Это единственный пример из известных в настоящее время подобных превращений непредельных нитросоединений, представляющий собой «домино» процесс: ал-килирование и внутримолекулярное электрофильное ацетамидирование.

Я 1а-с

1а: Я = Н; Ь: Я = Ме, с: Я = РЬ; 2а: Аг = РЬ, Ь: Аг = 4-ВгС„Н4; с: Аг = 4-КОгС6Н4; 10 а: Я = Н. Аг = РЬ; Ь: Я = Ме, Аг = РЬ; с: Я = Аг = РИ, <1: Я = Н, Ас 4-ВгС6Н4; е: Я = Ме, Аг = 4-ВгС6Н4; I: Я = РЬ, Аг = 4-ВгС6Н4; Я = Н, Аг = 4-Ы02С6Н1; Ь: Я = Ме, Аг = 4-да2СйН4; ¡: Я = РК, Аг = 4-М02С6Н4

Предшественниками нитростиролов в реакции Непгу являются нитро-спирты 11а-с.

-►

ОН

11а-с 2а, Ь, с!

2, И а: Я = РЬ,2 й, II Ь: В-'И, 2, 11 с: К = 4-МО:С6Н4

Во многих случаях отщепление воды от таких соединений представляет собой дополнительную стадию. Это превращение осуществляется, используя ангидриды органических или неорганических кислот.

Мы предположили, что ПФК, которая является реагентом найденной синтетической последовательности, может выступать в качестве дегидратирующего реагента. Тогда в найденной нами реакции иерт-аннелирования пиридинового цикла, вместо нитростиролов 2, можно будет использовать нитро-спирты 11, которые являются более доступными.

Действительно, нами было показано, что реакция перимидинов 1а-с с 1.1 кратным молярным избытком 1-арил-2-нитроэтанолов 11а-с в ПФК при 65-75 °С в течение 5 ч приводит к неизвестным ранее 8-арил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-£,/г]перимидин-7(6//)-онам 10а-с, 8-1 с выходами 31-67 %

Ia-c IOa-c, g-l

la: R1 = H; b: R1 = Me; c: R1 = Ph; lia: R2 = Ph; b: R5 = H; c: R2 = ^NChCeK,;

10 a: R' = H, R2 = Ph; b: R1 = Me, R2 = Ph; c: R1 = R2= Ph; g: R1 = H, R2= 4-Ш2СбН4; h: R' = Me, R2 = 4-NOjCsH,; i: R1 = Ph, R2 = 4-N02Q,H,,; j: R' = R2 = H; k: R1 = Me, R2 = H; 1: R1 = Ph, R2 = H

Затем мы решили распространить этот подход на 1,2,3-триазафенален 12. Оказалось, что эта реакция достаточно эффективна для иери-аннелирования [й,с]пиридинового ядра и к этой гетероциклической системе. Так, в результате реакции I Я-нафто[ 1 ,8-í/,¿][ 1,2,3]триазииа 12 с 1.05 кратным молярным избытком p-нитростирола 2а-с в ПФК при 65-70 °С в течение 3 ч образуются производные неизвестной ранее гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапирена-3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-^,е][1,2,3] триазин-7(6й)-оны 13а-с.

Далее мы решили определить область применения данной методологии, использовав в качестве исходного 1,2,3-триазафенален 12.

Оказалось, что эта реакция достаточно эффективна для пери-аннелирования [й,с]пиридинового ядра и к такой гетероциклической системе. Выяснилось, в результате реакции /Я-нафто[1,8-йг,е][1,2,3]триазина 12 практически с эквимолярным количеством (3-нитростиролов 2а-с в ПФК при 6570 °С через 3 ч образуются 3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-йг,е][1,2,3]триазин-7(6Я)-оны 13а-с - производные ранее неизвестной гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапирена.

+

¿и _-М(

12 2а"с 2,13а: R = РИ; Ь: R = 4-ВгС<,Н4; с: R = 4-М02С6Н4

Выход составил 23-37 %. Значительное уменьшение выхода, очевидно, является следствием относительно невысокой стабильности 1,2,3-триазафеналена 12 и производных этого гетероциклического соединения в среде полифосфорной кислоты.

Механизм этого превращения, вероятно, аналогичен приведенному выше для перимидинов 1. По всей видимости, как и в предыдущем случае, первой стадией является алкилирование 1,2,3-триазафеналена 12 нитро-стиролами 2а-с. При этом образуются промежуточные нитросоединения 14а-с. Эти вещества фосфорилируются, после чего в результате реакции Вильсмайеровского типа замыкается пятичленный цикл, образуются интермедиа™ 16а-с, и, в результате потери молекулы фосфорной кислоты, происходит образование фосфорилированных оксимов 17а-с. Эти вещества, претерпевая внутримолекулярную перегруппировку Бекмана, дают после обработки реакционной смеси водой производные тетраазапиренов 13а-с:

N

13а-с

2,13-18а: К-РЬ:Ь:К- 4-ВгСбН4; с: Я = 4-.\!02С,,Н4

Как и в случае перимидинов 1а-с мы показали, что с 1//-нафто[1,8-¿/,е][1,2,3]триазином 12 можно использовать соответствующие нитроспирты вместо нитростиролов, но тогда выход будет ниже и он составляет 16-19 %.

О

+

Я

он

N02

ПФК

,N11

N.. ЛМН

■Ы' 12

И а,с

13а,с

И, 13 а: Я=РЬ; с: Г<= 4-Ш2С6Н,

Таким образом, в результате исследования реакции перимидинов 1а-с и 1//-нафто[1,8-£/,е][1,2,3]триазина (12) с нитростиролами 2а-с и нитроспнр-тами 11а-с, нам удалось разработать эффективные методы пери-аннелирования [¿>,с]пиридинового ядра к этим соединениям, что позволило получить незвестные ранее 1,8-дигидропиридо[2,3,4^,//]перимидин-7(6//)-оны 10а-1 и 3,8-дигидропиридо[2',3',4,:4,5]нафто[1,8-4е][1,2,3]триазин-7(б//)-оны 13а-с.

2. Реакция перпмидппов с избытком нитростиролов в ПФК

Следующая часть наших исследований была посвящена изучению реакции перимидинов 1а-с нитростиролом 2а в более жестких условиях: избыток нитростирола, более высокая температура, более высокое содержание в полифосфорной кислоте Р2О5.

Очевидно было предположить, что в этом случае будут осуществляться различные вторичные превращения. В качестве таких превращений, например, может быть дегидрирование или изомеризация. Оказалось, что при увеличении температуры до 100-110 °С часть нитростирола 2а возгоняется из реакционной смеси. Поэтому реакцию проводили сначала 3 ч при 70-75 °С, затем температуру увеличивали до 100-110 °С и выдерживали при этой температуре еще 12 ч, добавляя в течение этого времени еще 1 ммоль нитростирола. В результате был получен ряд продуктов реакции, в том числе значительное количество продуктов осмоления. Основным, как и ожидалось,

оказались 8-фенил-1,3,6-триазапирен-7-оны 19а-с. Выход этих соединений составил 31-33 % (после хроматографирования).

~ о

+ ю

2а-с

NO, 100-110 "С

1а-с

19а-с

1,19a:R = H;b:R = Me;c:R = Ph

Так же удается выделить значительное количество (до 47 %) 8-фенил-

1,8-дигидропиридо[2,3,4^,Ь]перимидин-7(6//)-онов 10а-с. Эти соединения являются промежуточными для образования 8-фенил-1,3,6-триазапирен-7-онов 19а-с.

Замена ПФК с 80%-ным содержанием Р205 на 86 %-ную приводит к увеличению выхода 8-фенил-1,3,6-триазапирен-7-онов 19а-с, при этом количество продуктов осмоления уменьшается. Наряду с соединениями 19а-с неожиданно были выделены 7-фенил-1,3,6-триазапирены 20а-с.

no2

r

la-c

1,19, 20 a: R = H; b: R = Me; c: R = Ph С увеличением температуры второй стадии реакции увеличивается количество триазапиренов 20а-с. При температуре 140-150 °С их выход достигает 26-32%. Эти вещества легко можно отделить от остальных флэш-хроматографией, так как из всех образующихся в ходе реакции соединений данные вещества наиболее хроматографически подвижны. Если механизм образования соединений 19а-с очевиден, то путь образования триазапиренов 20а-с значительно менее предсказуем. На наш взгляд он выглядит следующим образом:

1,9,20-22«: Я = Н, Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ

Сначала, как описано выше, образуются промежуточные продукты ал-килирования и внутримолекулярного ацетамидирования 9а-с. Эти вещества протонируются, а ключевой стадией является 1,2-сдвиг фенильной группы. Движущая сила такого процесса очевидна, так как образующиеся в результате катионы 22а-с, имеют значительно более делокализованный положительный заряд, и потому более стабильны.

Строение 1,3,6-триазапиренов было доказано сопоставлением спектров 'Н ЯМР изомерных соединений. Синглет, соответствующий сигналу протона в положении 8 7-фенил- 1,3,6-триазапиренов 20а-с расположен в более сильном поле (8.04-8.11 м.д.), чем синглет сигнала протона в положении 7 для 8-фенил-1,3,6-триазапиренов 23а-с (8.49-8.74 м.д.). Сигналы о-протонов 7-фенильной группы соединений 20а-с расположены в более слабом поле (7.95 м.д.), чем сигналы м- и «-протонов и протонов (7.7 м.д.) и имеющих близкий химический сдвиг сигналов 5-ти протонов фенильной группы (7.57.7 м.д.) соединений 23а-с. Так же соединения 23а-с были получены встречным синтезом.

Таким образом, в результате выполнения этой части работы был найден неизвестный ранее домино процесс, включающий присоединение по Михаэлю непредельных нитросоединений к аренам, внутримолекулярное ацета-

мидирование ннтросоединениями в ПФК по Аксенову, 1,2-сдвиг фенильной группы. Был разработан метод синтеза 7-фенил-1,3,6-триазапиренов (20а-с).

3. Реакция пернмпдпнов, содержащих в одном ие/ш-положении карбонильную группу с непредельными нитросоедннениями

Эта часть нашей работы посвящена изучению реакции перимиди-нов, содержащих в одном из лери-положений карбонильную группу, альдегидов и кетонов 24я-{ с р-нитростиролом 2а.

24-28 а: Я1 = И2 = Н; Ь: Я1 = Ме, Я2 = Н; с: Я1 = РЬ, Я2 = Н; й-. Я1 = Н, Я2 = Мс; е: И1 = Я2 = Мс; и Я1 = Мс. Я2 = РЬ

Ожидалось, что в этом случае, когда в качестве исходных веществ выступают альдегиды и кетоны 24я-1, в результате их реакции алкилирования Р-нитростиролом 2а в ПФК будут образовываться промежуточные соединения 25а-Г Эти промежуточные вещества могут конденсироваться по карбонильной группе, образуя интермедиаты 26а-Т. Последние, взаимодействуют с ПФК, теряя молекулу воды. При этом можно было ожидать образования дигидропроизводных 27а-Г Их окисление либо нитросоединением, либо кислородом воздуха даст 1,3,6-диазапирены 28а-Г.

Действительно, карбонильные соединения 24я-Т, реагируя с двухкратным избытком Р-нитростирола 2а в ПФК, которая содержит 86 % Р205, при 80-90

°С образуют неизвестные ранее 7-нитро-1,3-диазапирены. Их выход составил 24-32 %.

24я-Г

24. 28 а: Я1 = Я2 = Н; Ь: Л1 = Ме. Я2 = Н; с: Я1 = Р1г. Я2 = Н. <1: Я1 = Н. Я2 = Ме;

е: Я1 - Л2 = Ме; (: Я1 = Ме, Я2 = РЬ

В качестве альтернативы можно рассмотреть механизм превращения, который включает в качестве ключевой стадии циклоприсоединение непредельного нитросоединения:

Было установлено, что более эффективными реагентами, чем (3-нитростирол 2а в реакции синтеза нитро-1,3-диазапиренов является а-нитроацетофенон 29. Выход удалось поднять в этом случае до 42-55 %.

Увеличение выхода с этим реагентом, очевидно, связано с тем, что в этом случае отсутствует стадия дегидрирования дигидропроизводных 27а-Г.

24а-Г

28а-Г

Н2«1:а|=К2 = Н,Ь:К'=Ме, Я2 = Н;с: Я1 - РЬ, Я2 = Н; (1: Я'-Н.Я^Ме; е: К1 - Я2 = Ме; Г: Я1 = Мс, Я2 - РЬ

Перимидины 1а-с более доступные исходные соединения, чем альдегиды и кетоны 24а-1 являются их синтетическими предшественниками, поскольку в этом случае не требуется предварительного введения карбонильной группы. В ходе более ранних исследований в нашей лаборатории была открыта мультикомпонентная реакция перимидинов 1а-с с триазинами в присутствие карбонильных соединений в ПФК. Мы решили применить данный подход к синтезу 7-нитро-1,3-диазапиренов 28. Оказалось, что реакция 1 ммоль перимидинов 1а-с с 2 ммоль триазинов ЗОа-с и 3 ммоль а-нитроацетофенона 29 в ПФК приводит к диазапиренам 28а-Г с выходом 41-

1я: Я1 = Н; Ь Я1 = Ме; с: К1 = РЬ: 30а: Я2 = Н; Ь: И2 = Ме; с: Я2 = РЬ;

28 а Я1 = Я2 = Н; Ь: Я1 =Ме, Я2 = Н; с: Я! = РЬ,Я2 = Н; <1: Я1 =Н, Я2 = Ме; е: Я' = Я2 = РЬ; Г: Я1 = Ме, Я2 = РЬ;

В реакции реализуется следующая последовательность стадий. Сначала, вероятно, происходит присоединение 1,3,5-триазинов ЗОа-с по пери-положению перимидинов 1а-с. Образуются промежуточные 31 а-£ После чего раскрывается дигидротриазиновый цикл, что дает соединения 32а-Г. Затем путем двух последовательных конденсаций, как показано на схеме, или циклоприсоединения енольной формы нитрокетона 29 к промежуточным соединениям 32а-Г образуются интермедиа™ ЗЗа-Г. Эти промежуточные, теряя молекулу амидина и нитрила, образуют триазапирены 28а-Г.

62 %:

я'

1а-с

Я"

1»-с

я2

+■ к^и ПФК

Л^Я2^

Г Т «

^Я2 I 29

1а: Я1 = Н; Ь: Я1 = Ме; с: Я1 = РЬ; ЗОя: Я2 = Н; Ь: Я2 = Ме; с: Я2 = РЬ; 28-33 а: Я1 = Я2 = Н; Ь: Я1 = Ме, Я2 = Н; с: Я' = РЬ, Я2 = Н; <1: Я' = Н, Я2 = Ме; е: Я1 = Я2 = Ме; Г: Я1 - Ме, Я2 = РЬ

Заменив нитрокетон 29 на р-нитростирол 2а, мы реализовали аналогичную реакцию, но выход в этом случае ниже. Он составляет 22-31%, требуется избыток непредельного нитросоединения.

N0,

Я

А..

н^ш

я1

1а-с

2а

1а: Я' = Н; Ь: Я1 = Ме, с: я' = РЬ; 30а: Я2 = Н; 28 а: Я1 = Я2 » Н; Ь: Я1 = Ме, Я2 = Н; с: Я1 = РЬ, Я2 = Н

Таким образом, в результате выполнения исследований в данной части работы мы разработали методы синтеза ранее неизвестных 7-нитро-1,3-диазапиренов, как из альдегидов и кетонов перимидинового ряда, так и самих перимидинов.

4. Синтезы на основе 1,8-дигидропирндо[2,3,4-£,/г]пери!И11Д11н-7(6Я)-онов

На заключительном этапе исследования мы решили изучить возможность применения 1,8-дигидропиридо[2,3,4-^,/г]перимидин-7(6/^)-онов 10а-с, полученных в первой части работы, для синтеза различных производных 1,3,6-триазапирена.

Известно, что производные 4-арилдигидрохинолонов способны вступать в реакцию дезарилирования под действием безводного хлорида алюминия. Мы предположили, что и соединения 10а,Ь будут способны вступать в аналогичные превращения. Оказалось, что кипячение амидов 10а,Ь в 1,2-дихлорэтане в течение 6 ч с 3-х кратным мольным избытком безводного хлорида алюминия приводит к образованию 7-оксо-1,3,6-триазапиренов 19(1,е с выходом 72-75 %.

19(1,е

10а, 19(1: И - Н; 10Ь, 19е: К = Ме

Также мы осуществили дегидрирование соединений 10а-с. В качестве дегидрирующих агентов использовались хлоранил в дихлорэтане, а также диоксид марганца в хлорбензоле. Во всех случаях практически с количественным выходом из циклических амидов 10а-с удалось получить 7-оксо-8-арил-1,3,5-триазапирены 19а-с. Использование диоксида марганца как окислителя представляется нам более удобным, поскольку в этом случае для разделения реакционной смеси не требуется применения хроматографического метода.

10a: R = Н; b: R = Ме; с: R = Ph

Одной из стандартных реакций амидов является замена атома кислорода на атом хлора под действием таких реагентов как PCI5, POCI3, SOCI2 и т.д. Поэтому было решено осуществить такую реакцию, используя в качестве исходных амиды 10а-с. Мы показали, что кипячение соединений 10а-с с хлорокисью фосфора в 1,2-дихлорэтане дает с выходом 63-68 % ранее неизвестные 7-хлор-8-фенил-1,3,6-триазапирены 34а-с.

10а-с

10,34: Я =■ Н; Ь: К - Ме, с: Я =

Кипячение 2-хлорхинолинов с цинком в уксусной кислоте, как известно, приводит к замене атома хлора в этих соединениях на атом водорода. Мы решили осуществить эту реакцию с соединениями 34а-с. Это позволит разработать метод синтеза 8-арил-1,3,6-триазапиренов 23а-с, что кроме синтетического интереса, было важно для того, чтобы подтвердить строение соединений 20а-с. Оказалось, что кипячение 34а-с с цинком в уксусной кислоте позволяет синтезировать с выходом 72-75 % искомые диазапирены 23а-с.

14,23: R'H:b:R- Ме. с: R-Pb

Таким образом, в результате выполнения этой части работы на основе доступных 1,8-дигидропиридо[2,3,4-я,Л]перимидин-7(6Я)-онов 10а-с были разработаны методы синтеза различных производных 1,3,6-триазапиренов, включая 2,8-дизамещенные 1,3,6-триазапирены 23а-с, их 7-

гидроксипроизводные 19а-е и 7-хлорпроизводные 34а-с.

***

Таким образом, в результате проделанной работы была показана эффективность нитростиролов и нитроэтанолов в ПФК для перн-аннелирования [6,с]пиридинового ядра к незамещенным азафеналенам и карбоциклического ядра, содержащего нитрогруппу, при наличие в одном из перм-положений исходного феналена карбонильной группы. Изучены некоторые синтетические возможности продуктов иерм-аннелирования [6, с] пиридинового ядра -1,8-дигидропиридо- [2,3,4-§/?]перимидин-7(6//)-онов.

Выводы

1. Найдена новая домино - реакция: присоединение по Михаэлю нитростиролов к азафеналенам - внутримолекулярное электрофильное ацета-мидирование. Показано, что в этой реакции с перимидинами образуются неизвестные ранее 1,8-дигидропиридо[2,3,4-§/г]перимидин-7(6#)-оны, с 1#-нафто-[1,8-й?,е][1,2,3]триазином (1,2,3-триазафеналеном) - производные неизвестной ранее гетероциклической системы I »2,3,6-тетраазапирена-3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-

й?,е][1,2,3]триазин-7(6Д)-оны.

2. Показано, что использование двукратного мольного избытка по отношению к перимидину соответствующего нитростирола и увеличение температуры реакции до 100-110 °С приводит к образованию неизвестных ранее 7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов.

3. Найдено, что при 140-150 °С в случае 8-фенил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-£/г]перимидин-7(6#)-онов наблюдается миграция фенильной группы с образованием 7-фенил-1,3,6-триазапиренов. Эта синтетическая последовательность представляет собой неизвестную ранее домино-реакцию: присоединение по Михаэлю - электрофильное ацетамидирование - 1,2-сдвиг фенильной группы - дегидратация.

4. Разработан метод синтеза 8-фенил-7-хлор-1,3,6-триазапиренов, основанный на реакции 8-фенил-7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов с хлорокисью фосфора. Показано, что восстановление 8-фенил-7-хлор-1,3,6-триазапиренов цинком в уксусной кислоте приводит к 8-фенил-1,3,6-триазапиренам.

5. Разработаны методы синтеза 7-нитро-1,3-диазапиренов, основанные на реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нит-ростиролами.

6. Найдена новая мультикомпонентная реакция 1,3,5-триазинов с пе-римидинами и нитростиролами (нитроацетофеноном) в среде полифосфорной кислоты.

7. В ходе выполнения работы синтезированы представители двух неизвестных ранее классов гетероциклических соединений.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях.

Статьи в журналах перечня ВАК.

1. Аксенов, A.B. Новая трехкомпонентная реакция перимидинов с 1,3,5-триазинами и карбонильными соединениями в полифосфорной кислоте -эффективный метод иерг/-аннелирования карбоциклического и пиридинового ядра / A.B. Аксенов, H.A. Аксенов, A.C. Ляховненко, А.Б. Кумшаева, И.В. Аксенова // ХГС- 2012. - № 4. - С. 680-688.

2. Аксенов, A.B. Новый метод синтеза 1,8-дигидропиридо[2,3,4-&й]перимидин-7(6Я)-онов/ A.B. Аксенов, H.A. Аксенов, А.Б. Кумшаева, А. Н. Смирнов, С.Н. Овчаров//ХГС. - 2012,-№8.-С. 1361-1363.

3. Аксенов, A.B. Синтез представителей новой гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапиренов - 3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-d,e] [1,2,3] триазин-7(6Я)-онов / A.B. Аксенов, H.A. Аксенов, А.Б. Кумшаева, А.Н. Смирнов, О.Н. Надеин И ХГС.- 2012.-№8.-С. 1364-1365.

Статьи в сборниках и тезисы докладов.

4. Аксенов, A.B. Непредельные нитросоединения в ПФК - новый реагент для яерм-аннелирования [а,Ь] пиридинового кольца к леримидину/ A.B. Аксенов, A.C. Ляховненко, Н.В. Демидова, А.Б. Кумшаева // Новые направления в химии гетероциклических соединений: Материалы первой Международной научной конференции. — Ставрополь: Графа —2009. - С.251.

5. Аксенов, A.B. Синтез 1,3,6- триазапиренов / A.B. Аксенов, А.Б. Кумшаева, О. Н. Надеин // Материалы X международного семинара по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) - Ростов-на-Дону. -2010. -С. 73.

6. Аксенов, A.B. Необычная реакция нитростиролов с перимидинами в полифосфорной кислоте/ A.B. Аксенов, О.Н. Надеин, А.Б. Кумшаева // Сборник статей II международной конференции «Техническая химия. От теории к практике», Т. 1, «Органическая химия и гетерогенные процессы», Пермь: ПС «Гармония». -2010. - С. 298-300.

7. Кумшаева, А.Б. Реакция непредельных нитросоединений с производными перимидина / А.Б. Кумшаева, А.В. Аксенов, О.Н. Надеин // Тезисы докладов международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry».-Мисхор.-2010. - C.l 19.

8. Аксенов, А.В. Синтез производных 1,3,6-триазапиренов на основе непредельных нитросоединений/ А.В. Аксенов, О.Н. Надеин, А.Б. Кумшаева // Сборник тезисов докладов III международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященной 95-летию со дня рождения проф. А.Н. Коста. - М: МГУ. - 2010. - С-143.

9. Кумшаева, А.Б. Реакции перимидинов с непредельными нитросоеди-нениями в ПФК / А.Б. Кумшаева, А.В. Аксенов, Н.А. Аксенов, О.Н. Надеин // Успехи синтеза и комплексообразования: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной Всемирному году химии. - М: РУДН. - 2011. - С. 95.

10. Кумшаева, А.Б. Аминостиролы в синтезе производных 1,3,6- триаза-пирена / А.Б. Кумшаева, А.В. Аксенов, Н.А. Аксенов, О.Н. Надеин // Новые направления в химии гетероциклических соединений: Материалы второй Международной научной конференции. - Ставрополь: Графа. - 2011. -

11. Аксенов, A.B. Азид натрия в ПФК - новый реагент для прямого элек-трофильного аминирования ароматических соединений и методы аннелиро-вания пирольного, перимидинового, пиридинового колец на его основе / A.B. Аксенов, A.C. Ляховненко, Т.С. Редько, А.Б. Кумшаева // Успехи синтеза и комплексообразования: Тезисы докладов П Всероссийской научной конференции с международным участием. 23-27 апреля 2012 г. Ч. 1. Секция «Органическая химия». — М: РУДН. — 2012. — С. 30.

С. 174.

Кумшаева Алла Борисовна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Подписано в печать 27.04.13

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

Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная

Усл.печ.л. 1,4 Тираж 100 экз.

Уч.-изд.л. 0,95 Заказ 325

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи 04201358168 (Щ^У

КУМШАЕВА АЛЛА БОРИСОВНА

СИНТЕЗ АЗАПИРЕНОВ НА ОСНОВЕ РЕАКЦИИ АЗАФЕНАЛЕНОВ С НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ НИТРОСОЕДИНЕНИЯМИ

02.00.03 - органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор А.В. Аксенов

Ставрополь 2013

-2-

ОГЛАВ ЛЕНИН

Введение......................................................... 4

Глава 1. Методы синтеза азапиренов (литературный обзор)................................................................. 9

1Л. Синтез азапиренов........................................................................................................................9

1.2. Синтез диазапиренов................................................................................................................19

1.3. Синтез триазапиренов....................................................................................38

1.4. Синтез тетраазапиренов..............................................................................44

Глава 2. Обсуждение результатов..............................................................................51

2.1. Синтез 8-арил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-^/г]перими-дин-7(6//)-онов и 8-арил-3,8-дигидропиридо [2\У,Ц-А,5]ъа$то[\$-с1,е\ [1,2,3]триазин-7(6Я)-онов .... 51

2.1.1. Реакция перимидинов с (3-нитростиролами................. 53

2.1.2. Реакция перимидинов с (3-нитроэтанолами.............. 56

2.1.3. Реакция 1#-нафто[1,8-£/,е][1,2,3]триазина с (3- нитро-стиролами и (3-нитроэтанолами.................................... ^

2.2. Реакция перимидинов с избытком нитростиролов в

ПФК................................................................. 70

2.3. Реакция перимидинов, содержащих в одном пери-положении карбонильную группу, с непредельными нитросоединениями...........................................

-32.4. Синтезы на основе 1,8-дигидропиридо[2,3,4-

^й]перимидин-7(6Я)-онов........................................................................gg

Глава 3. Экспериментальная часть........................................................................94

Выводы......................................................................................................................102

Литература............................................................................................................104

DDP Л P TT ¡ I i;

Одна из важнейших задач, которые решают химики-органики, состоит в поиске новых синтетических путей. Это могут быть методы синтеза, как ранее не известных, так и уже существующих химических соединений. Такие вещества могут быть интересны, как для теоретической, так и прикладной химии. К ним относятся производные азапиренов, которые имеют совершенно уникальное электронное строение, но до последнего времени остаются малоизвестными и, следовательно, малоизученными [1-4].

Ряд веществ из небольшого количества полученных представителей этих соединений используются как органические люминофоры, красители, особенно это важно в свете развития в последнее время OLED технологий [4-8], вещества, которые обладают высокой биологической активностью. [9-12]. Особенно важны, в этом аспекте, люминесцентные интеркаляторы [13-18].

Нашей научной группой на протяжении последних 8 лет проводились систематические исследования в области поиска новых методов пери-аннелирования, что позволило накопить большой опыт в этом направлении [1, 19-32]. В основе создаваемых методов лежали различные подходы. Ацилирова-ние перимидинов и других азафеналенов системой реагентов, найденной в нашей лаборатории, - 1,3,5-триазины/ПФК [19]. Это позволило разработать простые, одностадийные, общие методы иери-аннелирования различных циклов к фенале-нам и азафеналенам. Были найдены способы иери-аннелирования карбоцикличе-ского, [с, d\пиридинового и пиридазинового ядра. В то же самое время подход не давал возможность разработать методы пе/91/-аннелирования \Ъ, с] пиридинового ядра и других яе/ш-аннелированных соединений, содержащих атом азота, связанный с нафталиновой системой.

Был разработан ряд методов «epw-аннелирования, основанных на традиционном подходе введения аминогруппы в ие/эм-положение нафталиновой системы - нитровании производных перимидина и других азафеналенов с последующим

восстановлением [33], а так же прямом электрофильном аминировании с помощью найденной в нашей лаборатории новой системы реагентов - азид натрия в ПФК [34]. Ряд методов ие/?м-аннелирования разработан на основе нитрозирова-ния производных азафеналенов, включая перимидины [35]. Это позволило существенно расширить методологию «ерм-аннелирования. Удалось разработать подходы к иерм-аннелированным системам, содержащим атом азота связанный с нафталиновой системой.

Тем не менее, методов, включающих образование в ходе реакции новых связей С-Ы и С-С с «ерм-положениями нафталиновой системы, не было. Очевидно, что поиск новых реагентов, позволяющих создавать такие методы, даст возможность существенно расширить арсенал методологии пери-аннелирования. Данные обстоятельства послужили толчком для реализации этой работы.

Цель работы. Разработка методов ие/ш-аннелирования [6,с]пиридинового ядра на основе реакции ненасыщенных нитросоединений с азафеналенами в среде полифосфорной кислоты (ПФК).

В процессе выполнения работы решались следующие задачи:

1. Исследование реакции перимидина и 1,2,3-триазафеналена с ненасыщенными нитросоединениями в относительно «мягких» условиях (гл. 2.1.).

2. Исследование реакции перимидинов с избытком нитростиролов в ПФК (гл. 2.2.).

3. Исследование реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с ненасыщенными нитросоединениями (гл. 2.3.)

4. Исследование реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нит-рокетонами (гл. 2.З.).

5. Определение синтетического потенциала 1,8-дигидропиридо[2,3,4-^/7] пе-римидин-7(6#)-онов (гл. 2.4.).

6. Установление структуры полученных химических соединений.

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость.

Исследована реакция перимидинов и 1Я-нафто[1,8-й?,е][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена) с нитростиролами в зависимости от соотношения реагентов, температуры, содержания оксида фосфора(У) в полифосфорной кислоте. Установлено, что реакция перимидинов с нитростиролами в полифосфорной кислоте с 80 %-ным содержание Р2О5 при 65-75 °С приводит к яери-аннелированию пиридинового цикла с образованием неизвестных ранее 1,8-дигидропиридо[2,3,4-£,/2]перимидин-7(6//)-онов. Выяснено, что в аналогичных условиях из 1Н-нафто[1,8-£/,е][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена) и нитростиролов образуются производные неизвестной ранее гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапирена - 3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-й?,е][1,2,3]триазин-7(6Н)-оны.

Показано, что использование двукратного мольного избытка по отношению к перимидину соответствующего нитростирола, увеличение температуры реакции до 100-110 °С и использование ПФК с 86 %-ным содержанием Р2О5 приводит к образованию неизвестных ранее 7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов.

При увеличении температуры до 140-150 °С наблюдается миграция фениль-ной группы с образованием 7-фенил-1,3,6-триазапиренов. Эта синтетическая последовательность представляет собой неизвестную ранее домино-реакцию: присоединение по Михаэлю - электрофильное ацетамидирование - 1,2-сдвиг фе-нильной группы - дегидратация. Разработан метод синтеза 8-фенил-7-хлор-1,3,6-триазапиренов, основанный на реакции 8-фенил-7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов с хлорокисью фосфора. Показано, что восстановление этих хлорпроизводных цинком в уксусной кислоте приводит к 8-фенил-1,3,6-триазапиренам.

Разработаны методы синтеза 7-нитро-1,3-диазапиренов, основанные на реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нитростиролами. Показано, что реакция 1,3,5-триазинов с перимидинами и нитростиролами в полифосфорной кислоте является новой мультикомпонентной реакцией.

В ходе выполнения работы разработаны методы ие/?и-аннелирования

[b, с)пиридинового ядра и карбоциклического ядра, содержащего нитрогруппу, к азафеналенам, синтезированы представители двух неизвестных ранее классов гетероциклических соединений.

Методология и методы. Использовать классические методы синтетической органической химии, а также современные физико-химические. На защиту выносятся:

1. Эффективный метод иери-аннелирования [Ь, с]пиридинового ядра к перимиди-нам реакцией с 1#-нафто[1,8-й?,е][1,2,3]триазином и нитростиролами или нитро-спиртами.

2. Неизвестный ранее домино - процесс, включающий присоединение по Михаэлю ненасыщенных нитросоединений к аренам, внутримолекулярное ацетамиди-рование нитросоединениями в ПФК по Аксенову, 1,2-сдвиг арильной группы.

3. Методы синтеза ранее неизвестных 7-нитро-1,3-диазапиренов, как, исходя из альдегидов и кетонов перимидинового ряда, так и самих перимидинов.

4. Новые синтетические возможности продуктов иери-аннелирования [Ь,с]пиридинового ядра - 1,8-дигидропиридо-[2,3,4-^,/г]перимидин-7(6Я)-онов.

Достоверность полученных результатов. Строение полученных соединений подтверждено с помощью ]Н, 13С ЯМР (в том числе COSY и HMQC) и ИК-спектроскопии, данными элементного анализа.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на I и II Международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск, 2009 г. и Железноводск, 2011 г.); X Международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2010 г.); II международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2010 г.); Международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» (Мисхор, 2010 г.); Ill Международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященной 95-летию со дня рождения проф. А.Н. Коста (Москва, 2010 г.); I и II Всероссийской научной конференции с международным участием «Успехи синтеза и комплексообразования»

(Москва, 2011, 2012 г.); 54-57 научных конференциях преподавателей и студентов Ставропольского государственного университета, 2009-2012 г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов кандидатских и докторских диссертаций, 1 статье и 7 тезисах докладов международных и всероссийских конференций.

Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 120 страницах, иллюстрирована 92 схемами, 10 таблицами и 5 рисунками. Библиография содержит 136 литературных ссылок.

В первой главе (литературный обзор) рассмотрены литературные данные по методам синтеза азапиренов. Выбор тематики литературного обзора определялся тем, что диссертация посвящена поиску решений этой проблемы, а именно разработке методов синтеза производных 1,3,6-триаза- и 1,2,3,6-тетраазапиренов. Вторая глава - обсуждение полученных результатов, третья - экспериментальная часть.

Автор выражает благодарность своим научным консультантам доц. кафедры химии Северо - Кавказского федерального университета к.х.н., Надеину Олегу Николаевичу, асс. кафедры Аксенову Николаю Александровичу и асп. Смирнову Александру Николаевичу за помощь в выполнении и оформлении работы.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы" (грант № 2010-1.2.1-102-020-013) и при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 10-03-00193а).

П ЛР. Л ! М

!>Л I. Методы синтеза азапиренов

(ЛИТЕРАТУРНЫМ ОБЗОР)

По нашим подсчетам, теоретически возможно 298 изомерных азапиренов с различным расположением атомов азота по периферии пиреновой системы. Однако в настоящее время синтезирована лишь незначительная часть этих гетероциклических соединений, около 20 классов. В этом обзоре собраны сведения о методах получения таких соединений, разработанных в том числе и в нашей лаборатории. В нем используется общепринятая в настоящее время заместительная номенклатура таких соединений [36].

1.1. Синтез азапиренов

Теоретически возможно существование 3-х азапиренов: 1-аза, 2-аза- и 4-азапирен. Представители всех классов этих гетероциклических соединений в настоящее время известны.

Исторически первым бы получен 4-азапирен. 4-Азапирен (2а) и его 5-замещенные (2Ь,с) получены из 4-ациламидофенантренов (1а-с) посредством циклодегидратации в результате взаимодействия исходных соединений с пента-оксидом фосфора в кипящем ксилоле [37] (схема 1).

Схема 1

К

1

И. = Н(а), Ме(Ь), РЬ(с) 2

Синтез 4-азапирена (2а) и 4,5-дигидро-4-азапирек-5-она (4), исходя из пи-рена, был реализован с помощью реакции восстановительного озонолиза авторами работы [38]:

о,

Ъп

2а (6 %)

ТНО

1.Н2Ж)Н НС1

ХООН 2. БОС!,

1. термолиз 2.1ЧН,

З.ИаОВг

Схема 2

,СОС1

~соон ,соон

Нитрил 3 позволил также реализовать синтез 4-циано-5-аминофенантрена, который циклизуется спонтанно в 5-амино-4-азапирен (5) [38] (схема 3).

Схема 3

чСОС1 2. НС1 ^ з. ЫаОН, Н,0

75 %

№

Работа [39] иллюстрирует eure один подход к синтезу 4-азапирена (2а): исходя из циклопентано[й?е/]фенантрен-4-она (6), используя две стадии: восстановление бензофлюоренона( 6) в спирте и затем реакция Шмидта с участием последнего, с помощью азида натрия и концентрированной серной кислоты в хлороформе (схема 4).

Схема 4

LiAlH4 /T~i >=\ NaN3

Et20 \_/ _/у H2S04

86% \_/ СНС13

43 %

2а

Родственной перегруппировке Шмидта является перегруппировка Бекмана. Поэтому с ее помощью был реализован альтернативный путь синтеза представителей этой гетероциклической системы. Например, в работе [39] продемонстрировано образование 4,5-дигидро-4-азапирен-5-она (4) (схема 5).

Схема 5

h2noh

(96 %)

175-180°С (57 %)

Авторы работы [40] сообщают, что 4-азапирен (ими он назван бен-

зо\1тп\фенантридин) получается с выходом 72 % при пиролизе соединения 7-фенилгидразона циклопентано[<^е/]фенантрен-4-она (метанофенантренона). Они предположили, что реализуется свободно радикальный механизм, приведенный на схеме 6.

Схема 6

2а ю

Образующийся в условиях реакции радикал 8 подвергается ретроциклиза-ции с раскрытием пятичленного цикла. В результате образуется радикал 9. Отличительной особенностью этой реакции авторы считают внутримолекулярное присоединение радикала 9 к атому азота нитрильной группы, которое приводит к образованию радикала 10.

Соединения 11а,Ь, 12а,Ь и 13а,Ь, которые являются соответственно бен-зо[/]-, бензо[/г]- и бензо[<я]-аналогами 4-азапирена, были получены посредством

многостадийных синтезов, включающих циклодегидратацию полициклических амидов по Бишлеру-Напиральскому при нагревании в полифосфорной кислоте на заключительной стадии синтеза [41] (схема 7).

Схема 7

Исторически первое сообщение о создании метода синтеза 1-азапирена (16) приведено в работе [42] (схема 8).

Исходный кетон 14 был синтезирован реакцией конденсации с участием дигидрофеналена. Этот кетон был подвергнут восстановлению боргидридом натрия с образованием спирта 15. Полученный спирт стал исходным соединением в последующей реакции Шмидта [43].

Схема 9

В результате образовалось 4,5-дигидро-производное 1-азапирена, не выделяя, подвергли дегидрированию с помощью палладия на угле. Суммарный выход

соединения 16 составил 1 %, что связано с очень низким выходом в ходе реакции Шмидта.

В работе [42] сообщается об альтернативном подходе к синтезу 1-азапирена. Он оказался значительно более успешным. Этот подход включает получение оксима из кетона 14, далее метилирования производного 17, которое под действием А1С13 вступает в перегруппировку Бекмана, в результате чего происходит расширение цикла. В итоге этой реакции образуется лактам 18. 2-Гидрокси-1-азапирен (19) удалось получить в результате дегидрирования соединения 18 под действием палладия на угле. Амин 21 синтезируют из амида 18, который был преобразован в тиоамид 20. Последовательное взаимодействие последнего с ме-тилиодидом и боргидридом натрия в присутствии кислот Льюиса приводит к амину 21. Действием палладия на угле легко осуществить ароматизацию амина 21 с образованием искомого 1-азапирена (16) (схема 9).

Схема 10

Ме

Существуют методы синтеза производных 1-азапирена замыканием двух циклов. Так, существует сообщение об одностадийном синтезе 2-арил-1,5-дигидро-1 -азапиренов 22, исходя из весьма доступного [3-нафтиламина [44]. Соединения 22 образуются с высоким выходом реакцией (3-нафтиламина с оксира-

новым производным а, В-непредельного кетона, которая реализуется в атмосфере аргона, используя в качестве растворителя ледяную уксусную кислоту при комнатной температуре (схема 10).

В работе [45] сообщается о получении бензо-1-азапирена 23 исходя из фе-наленона и о- нитройодбензола с последующем восстановлением нитрогруппы и спонтанной гетероциклизацией (схема 11).

Схема 11

Первое сообщение о получении 2-азапирена (25), вероятно, приводится в работе [46]. Очевидно, что при действии метилата натрия на фенален образуется амидин 24, который при дальнейшем нагревании циклизуется с образованием 2-азапирена (25) (схема 12).

(СН3),М^ N М(СН3)2 ^

СН.ОТЧа

+

сю.

Н(СН3)

VI

24

геАих - Ш(СН3)

VI

25 (61 %)

Авторами [42] для синтеза 1-азапирена использовалась схема, приведенная выше (схема 9). Однако, был получен совершенно неожиданный результат. Вместо ариламида, образование которого следовало ожидать, был выделен алкила-мид 27 (схема 13).

Схема 13

-он

ПФК

90%

Авторы считают, что причина такой региоселективкости в конфигурации оксима. На