Синтез азациклопента[c,d]феналенов на основе реакции Шмидта и электрофильного аминирования азидом натрия в полифосфорной кислоте тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

094614558

На правах рукописи

АНДРИЕНКО АННА ВАЛЕРИЕВНА

СИНТЕЗ АЗАЦИКЛОПЕНТА[с,</]ФЕНАЛЕНОВ НА ОСНОВЕ РЕАКЦИИ ШМИДТА И ЭЛЕКТРОФИЛЬНОГО АМИНИРОВАНИЯ АЗИДОМ НАТРИЯ В ПОЛИФОСФОРНОЙ КИСЛОТЕ

02.00.03 - органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

- 2 ЛЕН 2910

Астрахань - 2010

004614558

Работа выполнена в Ставропольском государственном университете

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Аксенов Александр Викторович

Официальные оппонен-

доктор химических наук, доцент Воскресенский Леонид Геннадиевич

доктор химических наук, профессор Великородов Анатолий Валерьевич

Ведущая организация:

Кубанский государственный технологический университет

Защита диссертационной работы состоится « 26 » ноября 2010 года в 1400 часов на заседании объединенного диссертационного совета по защите докторских и кандидатских -диссертаций ДМ 307.001.04. при Астраханском государственном техническом университете (АГТУ) по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, 2-ой учебный корпус, ауд. 201

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ (ул. Татищева, 16, АГТУ, главный учебный корпус).

Автореферат разослан октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент

Шинкарь Е. В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Ароматические «е/зм-аннелированные кар-бо- и гетероциклические системы, отличающие от обычных конденсированных систем тем, что имеют общий атом (или атомы), принадлежащий трем циклам, и особое распределение л-электронной плотности, чем действительно качественно отличаются от обычных "орто"-аниелированных ароматических и гетероароматических систем. Сведения о таких системах немногочисленны, но крайне интересны как в теоретическом - развитие теории химической связи, так и синтетическом отношениях - необычность протекания многих "тривиальных" реакций с участием пери-аннелированных соединений. Весьма интересными являются соединения с лери-аннелированным пятичленным циклом, особенно пиррольным. Схожесть строения с пирролохинолинами и другими подобными соединениями, например «01исигопа1е)> (АО 331), делает их перспективными для поиска новых противоопухолевых препаратов. . ;

Кроме того, пол*иядерные ароматические соединения с разделенным донорным и акцепторным гетероциклическим ядром могут обладать интересными люминесцентными свойствами. Эти обстоятельства и обуславливают актуальность исследований в данном направлении.

Методы синтеза таких соединений, как правило, многостадийны и требуют последовательного проведения нескольких реакций функционализа-ции в ходе гетероаннелирования. Более того, многие производные подобных соединений вообще до настоящего времени не синтезированы. Это связано, в первую очередь, с отсутствием удобных методов пери-аннелирования гетероциклических ядер к феналенам и азафеналенам.

В нашей лаборатории накоплен большой опыт в разработке методов «б/м-аннелерования. Так, например, ряд таких методов был создан на основе ацилирования перимидинов найденной нами системой реагентов 1,3,5-триазины/ПФК. Эти исследования позволили разработать простые, одностадийные методы «е/?и-аннелирования различных циклов к феналенам и азафеналенам, которые, как показали последующие исследования, носят общий характер. Были разработаны методы «<?/«/-аннелирования

СЫсигогШе (АС 331)

карбоциклического, [с, ^пиридинового и пиридазинового ядра. В последнем случае найденные методы, как выяснилось, не носят общего характера. Таким образом, эффективные методы «е/>м-аннелирования циклов, содержащих гетероатом, связанный с пери-положением нафталиновой системы, практически отсутствуют. Эти обстоятельства послужили толчком для дальнейшего развития методологии ие/ш-аннелирования.

Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований :(грант№ 10-03-00193а).

Цель работы: разработка методов «ери-аннелирования пиррольного, тиофенового, фуранового и пиразольного цикла к перимидинам и 1,2,3-триазафеналену.

Научная новизна и практическая значимость.

Показано,:что результатом реакции 1,4,5-триаминонафталина с 1,3,5-триазинами в полифосфорной кислоте (ПФК) является последовательное ие/ш-аннелирование двух гетероколец: пиримидинового и пиррольного, что позволило разработать метод синтеза представителей ранее неизвестной гетероциклической системы - 1Н-1,5,7-триазациклопента [с,с1\ фенале-нов.

Впервые исследованы тандемные превращения с участием ацилпери-мидинов (реакция Шмидта - ацилирование - гетероциклизация) и перими-динов (электрофильное аминирование азидом натрия в ПФК - ацилирование -гетероциклизация). Выяснено, что в качестве ацилиругощих реагентов в этих реакциях, могут использоваться 1,3,5-триазины и карбоновые кислоты. Установлено, что они эффективны для синтеза 1//-1,5,7-триаза-циклопента[с,£()феналенов.

Найдена новая мультикомпонентная реакция ацилазафеналенов с азидом натрия и 1,3,5-триазинами в ПФК, которая позволяет пери-аннелировать к ним пиррольный цикл, На основании этой реакции разработаны методы синтеза 1//-1,5,7-триазациклопента[с,<^]феналенов и ранее неизвестных 1Н-1,5,6,7-тетраазациютопенга[с, (/¡феналенов.

Разработаны методы синтеза неизвестных ранее 1-окса-5,7-диазациклопента[с,^]феналенов и 1 -тиа-5,7-диазациклопеита[с,<1\ фенале-нов, основанные на реакции 6(7)-гидроксиперимидинов и перимидин-б(7> тиолов с 1,3,5-триазинами или карбоновыми кислотами в ПФК.

Найдена новая мультикомпонентная реакция яерн-аннелирования пиррольного цикла к перимидинам, в основе которой лежит их взаимодействие с азидом натрия и 1,3,5-триазинами в ПФК, используя которую, был разработан метод синтеза 1#-1,5,7-триазациклопента[с,г/]феналенов.

Разработан метод синтеза 1#-1,2,5,7-тетраазациклопента {c,d\ фенапе-нов из 6(7)-ацилперимидинов, основанный на последовательности: реакция Шмидта - нитрозирование - гетероциклизация.

В ходе выполнения диссертации синтезированы представители 5-ти ранее неизвестных гетероциклических систем.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на Всероссийской конференции по органической химии посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва, 2009), Х-ом международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Азов, 2010), И-й международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2010), международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» (Мисхор, 2010), 53-55 научных конференциях преподавателей и студентов Ставропольского государственного университета, 2008-10 г.г.

Публикации'. Основное содержание работы опубликовано в 4 статьях перечня ВАК и 4 статьях в сборниках и тезисах докладов конференций.

Достоверность полученных результатов. Строение полученных соединений подтверждено с помощью 'Н, ЬС ЯМР (в том числе двумерной С-Н) и ИК - спектроскопии, данными элементного анализа, в' ряде случаев встречным синтезом.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 117 страницах, иллюстрирована 101 схемой, 14 таблицами и 3 рисунками. Библиография содержит 147 литературных ссылок.

В первой главе (литературный обзор) рассмотрены данные по реакциям /?<?/;г/-аннелирования пяти- и шестичленных азот-, кислород и серосодержащих циклов. Вторая глава - обсуждение полученных результатов, третья - экспериментальная часть.

Основное содержание работы 1. Синтез Ш-1,5,7-триазациклопента[с,</]феналенов

Трудно переоценить значение производных индола среди биологически активных веществ. Не являются исключением и бенз[сс/]индолы, структурная аналогия которых с алкалоидами индольного ряда и пирролохиноли-нами делает их перспективными для поиска соединений, обладающих про-

1 Автор выражает благодарность своему научному консультанту к.х.н. Ляховненко A.C.

тивоопухолевой активностью. Как отмечалось выше, среди таких соединений найдены эффективные ингибиторы тимидилат синтезы, например АС 331.

Стандартными методами синтеза подобных соединений является анне-лирование бензольного ядра, пиррольного исходя из 1-нафиламинов, содержащих в соседнем положении карбонильную или цианогруппу. При наличие в положении 5 донорной группы карбонильную можно ввести в ходе реакции. До начала наших работ бенз[сй(]индолы производные перимидина известны не были. Это, в первую очередь, связано с малой доступность пе-римидинов, содержащих в «е/зм-положении аминогруппу, вследствие низкого выхода соответствующих нитропроизводных. - -

В настоящей работе мы предлагаем ряд методов синтеза таких соединений, в основе которых лежит применение гетероциклизации 1,4,5- триами-нонафталина, реакции Шмидта, электрофильного аминирования перими-динов.

1.1. Синтез Ш-1,5,7-трназациклопента[с,г/|феналенов из 1,4,5-триами-нонафталина

Ранее мы разработали ряд методов синтеза азапиренов на основе системы реагентов 1,3,5-триазины 2 в ПФК. В качестве исходных соединений использовались доступные производные нафталина: азафеналены, ацила-зафеналены, 1,8-нафтилендиамин.

Для иери-аннелирования пиррольного ядра необходимо производное нафталина со свободным яе/ш-положением и содержащее в соседнем ами-но- или ацетаминогруппу. Таким доступным соединением является 1,4,5-триаминонафталин (1).

Основываясь на предыдущих работах, мы предположили, что в реакции амина 1 с триазинами 2а-с в ПФК в результате ряда описанных в предыдущих работах последовательных превращений будут образовываться промежуточные соединения 3:

я

.■Аы

ЛА

Далее эти интермедиа™ должны подвергаться раскрытию дигидрот-риазинового цикла с образованием промежуточных катионов 4, которые могут циклизоваться с образованием соединений 5. Последние, теряя молекулу соответствующего амидина и нитрила, дадут искомые Ш-1,5,7-триазациклопента[с,^]феналены 6.

«Ж

МЧ N К

Оказалось, что нагревание соединения 1 с триазинами 2а-с в ПФК сначала при 80-90 °С, а затем 130-140°С действительно приводит к индолам 6а,е,4 с выходом 38-48%:

АА.'

ун2 ш2

2а-с

2,6а: Я = Н; 2Ь, бе: Я = Ме; 2с, 61: Л = РЬ;

В пользу приведенного выше механизма говорит тот факт, что если реакционную смесь обработать после нагревания 80-90 °С, то можно получить амиды 7, например, с выходом 74% соединение 7Ь, которые образуются в результате гидролиза промежуточных 3:

7Ь

Таким образом, был разработан метод синтеза ранее неизвестных 1Н-1,5,7-триазациклопента[с,с/]феналенов 6а,е,1, основанный на реакции 1,4,5-триаминонафталина 1 с 1,3,5-триазинами 2а-с в ПФК.

1.2. Синтез 1Я-1,5,7-триазациклопента[с,«/]феналенов из ацилперими-динов

Представленный выше метод позволяет синтезировать только 1Н-1,5,7-триазациклопента[с,^феналены 6, содержащие одинаковые заместители в положениях 2 и 6. Поэтому мы решили разработать методы, лишенные этого недостатка.

Весьма доступными соединениями являются ацилперимидины. Недавно в нашей лаборатории было найдено, что эти соединения легко вступают в реакцию Шмидта при действии азида натрия в ПФК. При этом практически с количественным выходом образуются амиды 7. Мы решили использовать этот факт для создания метода синтеза индолов б. Необходимо было учесть, что, как было показано ранее, амиды 7 при температурах выше 130 °С подвергаются термической циклизации. Поэтому такой возможный побочный процесс необходимо было учитывать при подборе температурного режима. В случае ацетильных производных термическая циклизация протекает труднее, чем с бензоильными, следовательно, в качестве исходных первые оказались более подходящими, чем вторые.

Мы установили, что реакция ацетилперимидинов 8а-с с азидом натрия в ПФК при 55-60 °С в течение 1 ч, при последующем добавлении соответствующего 1,3,5-триазина 2а-с и нагревании в течение еще 3 ч при 90-100 °С (2а) или 110-120 °С (2Ь,с) приводит к индолам бам с выходом 65-77%:

6а:Я = 1Г = Н; = = Н; с:И = Р11, Я' = Н;(1:11 = Н, Я' = Ме; е: Я = Я' = Ме; Г Я = РЬ, И' = Ме; g: Я = Н, Я' = РЬ: Ь: Я = Ме, Я' = РЬ; г. Я = Я' = РЬ; 8а: Я = Н; Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ;

Механизм реакции, вероятно, включает следующую последовательность стадий:

8а-с 7 9 10

6а-| >2 11

В результате реакции Шмидта из кетонов 8а-с образуются амиды 7, которые в результате реакции с 1,3,5-триазинами 2а-с превращаются промежуточные соединения 10. Далее эти интермедиа™ подвергаются раскрытию дигидротриазинового цикла с образованием промежуточных соединений 11. Последние, теряя молекулу соответствующего амидина и нитрила, дают индолы 12, которые в результате гидролиза при обработке реакционной смеси водой превращаются в 1#-1,5,7-триазациклопента[с,с(] феналены 6а-1

Далее мы выяснили, что это превращение можно осуществить как многокомпонентную реакцию, используя тот же температурный режим, при этом выход существенно не изменяется.

я л

8а-с бл-|

6а: Я = Я' = Н; Ь: К = Ме, Я' = Н; с: Л = РЬ, Я' = Н; 11: Я = Н, Я' = Ме; с: Я = II' = Ме; Г Я = РЬ, Я' = Ме; g: Я = Н, Я' = РЬ; Ь: Я = Ме, Я' = РЬ; ¡: Я = Я' = РЬ; 8я: Я = Н; Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ; 9

Несмотря на удобство разработанного метода, он имеет один существенный недостаток - 1,3,5-триазины - достаточно дорогие соединения. Более дешевыми и доступными ацилирующими реагентами являются кар-боновые кислоты. Поэтому представляло интерес разработать метод синтеза индолов 6, используя эти соединения.

Мы показали, что реакция ацетилперимидинов 8а-с с азидом натрия в ПФК при 55-60 °С в течение 1 ч, последующем добавлением соответствующей карбоновой кислоты и нагревании при 110-120 °С в течение еще 3 ч приводит к индолам с выходом 72-81%:

R R

8а-с 6d-i

6d: R = Н, R' = Me; e: R = R' = Me; f: R = Ph, R' = Me; g: R = H, R' = Ph; h: R = Me, R: = Ph; i:R = R* = Ph; 8a: R = H; b:R = Me; c: R = Ph;

Следует отметить, что выход в случае карбоновых кислот несколько возрастает. Тем не менее, метод имеет существенный недостаток по отношению к предыдущему, им нельзя получить индолы ба-с без заместителя в пиррольном кольце.

Таким образом, были разработаны 3 метода синтеза 1 Я-1,5,7- триаза-циклопента[с,с?]феналенов ба-i, основанные на реакции Шмидта с участием ацилперимидинов 8а-с.

1.3. Синтез 1#-1,5,7-триазациклопента[с,г/|феналенов из перимидинов

Более доступными соединениями, чем 1,4,5-триаминонафталин (1) и ацетилперимидины 8а-с являются перимидины 13а-с. Поэтому далее был разработан ряд методов синтеза 1#-1,5,7-триазациклопента[с,с^] фенале-нов ба-i с использованием соединений 13а-с в качестве исходных.

Известно, что кетоны 8а-с можно получить из перимидинов 13а-с реакцией последних с карбоновыми кислотами в ПФК в условиях кинетического контроля (Т =70-75°С). Основываясь на этом, мы разработали in one pot метод получения амидов ба-f из перимидинов 13а-с, используя после-

довательность: ацилирование уксусной кислотой в ПФК, реакция Шмидта, «е/зи-аннелирование пиррольного цикла 1,3,5-триазинами 2а,Ь.

Я'

2) ЫаЫ,/ РРА

I) ЛсОН/ РРА

Я 13п-с

К

ба-Г

6а: Я = Я' = Н; Ь: К = Ме, Я' = Н; с: Я = РЬ, Я' = Н; с!: И = Н, И' = Ме; е: Я = Я' = Ме; Г Я = РЬ, Я' = Ме; 13а: Я = Н; Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ;

Мы показали, что реакция 13а-с с 1.2-кратным избытком уксусной кислоты при 70-75°С в течение 2 ч, далее при 55-60 °С 1 ч, добавив азид натрия, и наконец 3 ч при 110-120°С (90-100°С в случае 2а), добавив соответствующий 1,3,5-триазин (2а,Ь), приводит к Ш-1,5,7-триазациклопента [с,с/]феналенам (6а-1) с выходом 58-68%.

Выход в этом случае несколько ниже из-за образования в ходе первой стадии 9-ацетилперимидинов.

Аналогичное превращение можно осуществить, используя вместо 1,3,5-триазинов 2 карбоновые кислоты:

6(1: Я = II, Я' = Ме; с: Я = Я' = Ме; Г: Я = РЬ, Я' = Ме; Я = Н, Я' = РЬ; 1г. Я = Ме, Я' = РЬ; ¡: Я = Я' = РЬ; 13а: Я = Н; Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ;

В этом случае нельзя получить индолы без заместителя в положении 2. В основе другого подхода к синтезу индолов 6 из перимидинов 13 лежит недавно найденное нами их электрофильное аминирование системой реагентов азид натрия/ПФК.

Я'

и

13а-с

Я 6(1-1

Как отмечалось ранее (ХГС, 2009, С. 147), реакция перимидинов 13а-с с трехкратным избытком азида натрия в ПФК при 80-90 °С приводит к соответствующим 6(7)-аминоперимидинам (17а-с) с высоким выходом. Предложенный механизм включает образование промежуточных 16 и их последующий гидролиз:

РРЛ

ЫаЫ,

О

11 а ь РРА .0—Р—-

ОН

...О—Р—N—Ы=:Н

I "

НО

13а-с

О

II

...О—Р—Ы—N—N

он

1ба-с

17я-с

13,16,17а: Я = Н; Ь: Я = Ме; с: И = РЬ;

Мы предположили, что промежуточные 16а-с могут не только прото-нироваться, но и реагировать с другими электрофильными реагентами, например 1,3,5-триазинами 2а-с. В этом случае реакция должна протекать, как представлено ниже:

Я'

Ш-С+

..о—Р—N=N1—N ОН

N

НИ N

АА„.

2а: Я = Н; Ь: И = Ме; с: Я = РЬ; За: Я = Я' = Н; Ь: Я = Ме, Я' = Н; с: Я = РЬ, Я' = Н; (I: II = Н, Я' = Ме; е: Я = Я' = Ме; Г Я = РИ, Я' = Ме; g: Я = Н, Я' = РЬ; Ь: Я = РЬ, Я' = Ме; г. Я = Я' = РЬ;

Дальнейшие превращения соединений Зач зависят от условий реакции.

Если после прибавления триазинов 2 реакционную смесь выдержать 2 ч при температуре 70-80 °С и обработать водой, то продуктами реакции будут соответствующие амиды 7а-с:

\ н // 1

Эй, 7а: Я = Н, Зе, 7Ь: Я = Ме, ЗГ, 7с: Я = РЬ Выход амидов 7а-с составил 72-79%.

При увеличении температуры до 100-110 °С и времени реакции до 5 ч замыкается пятичленный цикл, и с удовлетворительным выходом (3847%) образуются Ш-1,5,7-триазациклопента[с,^]феналены 6а-1.

За-| 4Й_} 5а-|

3-6а: Я = Я' = Н; Ь: Я = Ме, Я' = Н; с: Я = РЬ, Я' = Н; (1: Я = Н, Я' = Ме; е: Я = Я' = Ме; £ Я = РЬ, Я' = Ме; Я = Н, Я' = РЬ; Ь: Я = РЬ, Я' = Ме;

¡:Я = Я'=РЬ;

В случае триазинов 2Ь и 2с реакцию можно осуществить как мульти-компонентную, при этом выход уменьшается незначительно.

Л'

я

2Ь,с

6d-i

13а: Я = Ы; Ь: Я = Ме; с: Я = Ph; 6d: Я = Н, Я' = Ме; е: Я = Я' = Ме; f: Я = Ph, Я' < Ме; g: Я = Н, Я' = Ph; h: Я = Ph, Я' = Ме; i: Я = Я' = Ph; 13

Как и в методе, основанном на реакции Шмидта, 1,3,5-триазины 2Ь,с можно заменить на карбоновые кислоты.

Мы показали, что реакция перимидинов (13а-с) с 3-х кратным №N3 в ПФК при 80-90°С в течение 4 ч с последующим добавлением соответствующих карбоновых кислот и нагреванием 5 ч при 110-120°С приводит к Ш-1,5,7-триазациклопента[с,й(]феналенам (6(1-1) с выходом 48-67%.

13а: Я Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ; 6(1: Я = Н, Я' = Ме; е: Я = Я' = Ме;

Г: Я = РЬ, Я' = Ме; ё: Я = Н, Я' = РЬ; Ь: Я = РЬ, Я' = Ме; г. Я = Я' = РЬ;

Таким образом, в данной части работы на основе электрофилыюго аминирования азидом натрия в ПФК и последовательности: ацетилирова-ние - реакция Шмидта - ацилилирование, продемонстрирована возможность лерц-аннелирования пиррольного кольца к перимидинам.

1.4. Особенности строения Ш-1,5,7- триазациклопента[с,</]феналенов

Особенностью строения 1#-1,5,7- триазациклопента[с,^феналенов 6 является то, что они существуют исключительно в 1#-форме. Это подтверждаются следующие экспериментальные данные:

(1) Один набор сигналов в спектрах ЯМР 'Н и 13С;

(2) В ИК-спектрах отсутствуют сигналы азометиновой группы (16301700 см"'), а присутствуют только сигналы ЫН (3300 - 3500 см*1);

(3) В 'Н ЯМР спектрах перимидинов сигнал протона в положении 2 находится в области 7.2-7.7 м.д. даже при наличии электроноакцептор-ных групп, например карбонильной. Сигналы протонов в положении 2 азапиренов, например 1,3-диаза- и 1,3,7-триазпирена, проявляются при 9.3-9.9 м.д. В случае соединений 6, сигналы протонов в положении 6, которое соответствует положению 2 азапиренов и перимидинов, находятся в области 9.3-9.4 м.д.

(4) Константы спин-спинового взаимодействия нафталинового фрагмента перимидинов составляют 7.5-8.1 Гц, азапиренов - 9.2-9.5 Гц, индолов 6 - 8.7-9.0 Гц.

я

6<Ы

Таким образом, спектральные характеристики соединений 6 ближе к таковым для азапиренов, которым соответствует 1//-форма, но не пери-мидинов, структурный фрагмент которых содержат 5Н- и 7#-формы.

2. Синтез 1//-1,5,6,7-тетраазациклопента[с,г/]феналенов

Интересно было выяснить, насколько общий характер имеют методы, представленные в предыдущем разделе. Поэтому далее, мы решили разработать методы синтеза 1#-1,5,6,7-тетраазациклопента[с,сГ]феналенов (20а-

с)-

Как и в случае перимидинов доступными производными 1,2,3-триаза-феналена является кетон 18. Поэтому их было решено использовать в качестве исходных соединений.

Основная проблема, с которой мы столкнулись в ходе выполнения этой части работы, - низкая устойчивость производных 1,2,3-триазафена-лена, содержащих донорный заместитель, в ПФК.

Оказалось, что реакция 1 ммоль кетона 18 и 1.08 ммоль NaN3 в 2-3 г ПФК при 60-70 °С в течение 1 ч, последующем добавлении 2 ммоль уксусной или бензойной кислоты и нагревании при 100-110°С в течении 4 ч приводит к неизвестным ранее индолам 20Ь,с с выходом 41 и 34% соответственно:

RCOOH

Промежуточный амид 19 можно выделить с выходом 51%, если реакцию остановить после нагревания при 60-70 °С.

Вместо карбоновых кислот можно использовать 1,3,5-триазины:

20а: R = Н; b: R = Ме; с: R = Ph; 15

В этом случае выход индолов 20а-с составил 27-38%. Более удобным методом синтеза этих соединений оказалась многокомпонентная реакция кетона 18 с азидом натрия и 1,3,5-триазинами 2а-с;

Выход соединений 20а-с в этом случае несколько выше и составляет 29-44%.

Особенностью строения ГЯ-1,5,6,7-тетраазациклопента|с,с/]феналенов (20а-с), как и в случае индолов 6, является их существование исключительно в 1 //-форме, что подтверждают данные ЯМР и ИК-спектроскопии.

Таким образом, в результате выполнения этой части работы были разработаны методы синтеза неизвестных ранее Ш-1,5,6,7-тетраазацикло-пента[с,</]феналенов (20а-с).

3. Синтез 1-окса-5,7-диазациклопента[с,</1феналенов н 1-тиа-5,7-диаза-

циклопента(с,</]феналенов

Ранее 1-окса-5,7-диазациклопента[с,г/]феналены (22) и 1-тиа-5,7- диа-зациклопента[с,с/]феиалены (28) известны не были, хотя эти соединения могут представлять интерес для создания новых люминесцентных материалов. Поэтому мы решили разработать методы их синтеза.

В качестве исходных для получения фуранов 22 использовались известные ранее 6(7)-гидроксиперимидины (21).

18

к

20а: Я = Н; Ь: II = Ме; с: И = РЬ;

к

21а: Я = Н; Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ; 22а: = Ме, Л' = Н: Ь: Я = РЬ, Я' = Ме; с: Я = Н, Я' = РЬ; (I: Я = Ме, Я' = РЬ; е: Я = Я' = РЬ;

Мы показали, что реакция 1 ммолъ гидроксиперимидина 21 и 2 ммоль соответствующего 1,3,5-триазина при 100-1 Ю°С в течение 4 ч приводит к неизвестным ранее фуранам 22а-е с выходом 46-63% . Ее механизм, вероятно, включает следующую последовательность стадий;

ОН

Им Т

Н^КН «¿Лют ^

К К

На первой стадии в результате реакции гидроксиперимидинов 21 с триазинами 2 образуются промежуточные 23. Далее, эти интермедиа™ должны подвергаться раскрытию дигидротриазинового цикла с образованием промежуточных катионов 24, которые могут циклизоваться с образованием соединений 25. Последние, теряя молекулу соответствующего амидина и нитрила, дадут искомые фураны 22.

1-Окса-5,7-диазациклопента[с,с?]феналены 22 также можно получить, используя в качестве ацилирующего реагента карбоновые кислоты. Выход . при этом существенно не меняется:

22Ь-е

21а: И = Н; Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ; 22Ь: Я = РЬ, Я' = Ме; с: Я = Н, Я' = РЬ; с!: Я = Ме, Я' = РЬ; е: Я = Я' - РЬ;

Вместо перимидинов 21 можно использовать их предшественник 4,5-диамино-1-нафтол (26). В этом случае требуется использование 3-х кратного избытка соответствующего триазина 2:

Используя методологию ацилирования 6(7)-замещенных перимидинов карбоновыми кислотами, мы разработали метод синтеза ранее неизвестных 1-тиа-5,7- диазациклопента[с,е(]феналенов 28.

Оказалось, что реакция 1 ммоль тиолов 27 и 2 ммоль бензойной кислоты и нагревании в 2-3 г ПФК при 100-110°С в течении 4 ч приводит к неизвестным ранее 1-тиа-5,7-диазациклопента[с,г/)феналенам 28а,Ь с выходом 78 и 82% соответственно:

27а, Ь 28а,Ь

27,28а: Я = Н; Ь:Я = Ме;

Таким образом, в результате выполнения этой части работы мы разработали методы синтеза ранее неизвестных 1-окса-5,7-диазациклопента [с.^феналенов (22) и 1-тиа-5,7- диазациклопента[с,йГ]феналенов (28).

4. Синтез 1,2,5,7-тетраазациклопента[с,г/)феналенов

В последней части нашей работы мы попытались распространить представленную выше методологию для «<*р»-аннелирования пятичленно-го диазакольца.

Известно, что азааналогами карбонильной группы являются нитрозо-группа. Поэтому для решения поставленной задачи использовалось тан-демное превращение: реакция Шмидта - нитрозирование - гетероциклиза-ция.

Мы нашли, что реакция 1 ммоль кетонов 8 и 1.07 ммоль NaN3 в 2-3 г ПФК при 55-60 °С в течение 1 ч, при последующем добавлении 2 ммоль нитрита натрия и нагревании при 70-80 °С в течении 7 ч приводит к неизвестным ранее 1,2,5,7-тетраазациклопента[с,^]феналенам (29a-d):

1) NaN,/ РРА

2) NaN02

8, 29а: Я = Н; Ь: Я = Ме; с: Я = РЬ; ё: Я = 4-Ме2ЫРЬ; Выход составил 12-19%.

Реакция, вероятно, протекает по следующей схеме:

N^^NH N^NH

R R

30

В результате реакции Шмидта из кетонов 8а-й образуются амиды 7, которые в результате нитрозирования превращаются промежуточные соединения 30. Далее, эти интермедиа™ циклизуются по соседнему пери-положению с образованием промежуточных соединений 31. Последние, теряя молекулу воды, дают пиразолы 32, которые в результате гидролиза

19

при обработке реакционной смеси водой превращаются в 1,2,5,7-тетраазациклопента[с,с/|феналены 29а-(].

Особенностью строения 1Я-1,5,6,7-тетраазациклопента[с,а(]феналенов (29a-d), как и в случае индолов 6, является их существование исключительно в 1//-форме, что подтверждают данные ЯМР и ИК-спектроскопии.

Таким образом, в результате выполнения этой части работы мы разработали метод синтеза ранее неизвестных 1,2,5,7-тетраазациклопента[с,с1\ феналенов (29).

В ходе выполнения работы найден ряд новых тандемных превращений: (1) реакция Шмидта - ацилирование, (2) ацилирование - реакция Шмидта - ацилирование, (3) электрофильное аминирование новой системой реагентов - азид натрия в ПФК - ацилирование, (4) реакция Шмидта -нитрозирование. Эти, тандемные превращения оказались эффективны для синтеза ряда новых гетероциклических систем: 1Я-1,5,6,7-тетраазацикло-пента[с, с/]феналенов, 1 Н-1,5,6,7-тетраазациклопента[с,с/]феналенов,

1,2,5,7-тетраазациклопента[с,с1\ феналенов.

Используя реакцию ацилирования 6(7)-замещенных перимидинов 1,3,5-триазинами и карбоновыми кислотами в ПФК, удалось получить ранее неизвестные 1-окса-5,7-диазациклопента [с,</]феналсны и 1-тиа-5,7-диазациклопента[с,г/]феналены.

Выводы

1. Показано, что результатом реакции 1,4,5-триаминонафталина с 1,3,5-триазинами в полифосфорной кислоте (ПФК) является последовательное иери-аннелирование двух гетероколец: пиримидинового и пир-рольного, на основании, чего разработан метод синтеза представителей ранее неизвестной гетероциклической системы - 1Я-1,5,7-триазациклопента[с, ¿/¡феналенов.

2. Установлено, что тандемные превращения с участием ацилпери-мидинов (реакция Шмидта - ацилирование - гетероциклизация) и перимидинов (электрофильное аминирование азидом натрия в ПФК - ацилирование -гетероциклизация) приводят к образованию 1 Я-1,5,7- триазацикло-пента [с, с/] феналенов. Выяснено, что в качестве ацилирующих реагентов в этих реакциях, могут использоваться 1,3,5-триазины и карбоновые кислоты.

3. Найдены 2 новые мультикомпонентные реакции пери- аннелиро-вания пиррольного цикла к азафеналенам, в основе которых лежит: (а) их взаимодействие с азидом натрия и 1,3,5-триазинами в ПФК; (б) взаимодействие ацилазафеналенов с азидом натрия и 1,3,5-триазинами в ПФК. На основании этих реакций разработаны методы синтеза Ш-1,5,7-триаза-циклопента[с,г/]феналенов и ранее неизвестных 1Я-1,5,6,7-тетраазацикло-пента[с, с/]феналенов.

4. Показано, что реакция 6(7)-гидроксиперимидинов и перимидин-6(7)-тиолов с 1,3,5-триазинами или карбоновыми кислотами в ПФК приводит к ранее неизвестным 1-окса-5,7-диазациклопента[с,с(]феналенам и 1-тиа-5,7-диазациклопента[с,с(]феналенам, что позволило разработать методы их синтеза.

5. Установлено, что последовательность: реакция Шмидта - нитро-зирование - гетероциклизация, с участием 6(7)-ацилперимидинов приводит к ранее неизвестным 1Я-1,2,5,7-тетраазациклопснта[с,г/]феналенам, на основании чего разработан их метод синтеза.

6. В ходе выполнения диссертации синтезированы представители 5-ти ранее неизвестных гетероциклических систем.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Статьи в журналах перечня ВАК:

1. Aksenov A.V. Lyakhovnenko A.S., Andrienko A.V., Levina I.I. A

new method for pyrrole /;en-annulation: synthesis of 1H-1,5,7- triaza-cyclopenta[c,d]phenalenes from lH-perimidines // Tetrahedron Lett., -2010.-V. 51,-P. 2406-2408.

2. Ляховненко A.C., Аксенов A.B., Андриенко A.B. Синтез новой ге-

тероциклической системы - 6Я- пирроло[2',3',4':4,5]нафто[1,8-¿,<?][1,2,3]триазинов./IХГС. - 2010.-№3.-С. 462-463.

3. Ляховненко A.C., Аксенов A.B., Андриенко A.B., Аксенова И.В.

Синтез новой гетероциклической системы - 1-тиа-5,7-диазацик-лопента[с,£/]феналено0.1/ХГС. - 2010. -№ 8. - С. 1268 »1269.

4. Аксенов A.B., Ляховненко A.C., Андриенко A.B. Синтез 1Н-1Д7-триазациклопента[с(£/Зфеналенов на основе электрофильного аминирования перимидмнов азидом натрий в ПФК. // ХГС. -2010.-№ 10.-С. 1563-1568.

Статьи в сборниках и тезисы докладов:

5. Аксенов A.B., Ляховненко A.C., Андриенко A.B. Новый метод пе-/?и-аннелирования пиррольного кольца к азафеналенам. // Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции по органической химии посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН - М: 2009. - С. 88.

6. Аксенов A.B., Ляховненко A.C., Андриенко A.B. Аннелирование ; азотсодержащих пятичленных циклов к перимидинам. И Тез.

докл. X международного семинара по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология). Ростов-на-Дону. - 2010. -С. 15.

7. Аксенов A.B., Ляховненко A.C., Андриенко A.B., Караиванов

Н.Ц., Синтез 1Я-1,5,7- триазациклопента[с,с/]феналенов. // Сборник статей II -й международной конференции «Техническая химия. От теории к практике», Т. 1, «Органическая химия и гетерогенные процессы», Пермь: ПС «Гармония», - 2010. - С. 215-219.

8. Ляховненко A.C., Аксенов A.B., Андриенко A.B. Синтез произ-

водных 1Н-1,5,7-триазациклопента[с,</]феналена и /Я-1,5,6,7-тетраазациклопента[с,с1]феналена. // Тезисы докладов международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» -Мисхор, - 2010. - С. 228.

Андриенко Анна Валериевна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Подписано в печать. 09.10.2010 г. Формат 60x84 '/1б. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,17. Уч. изд. л. 1,01. Заказ 806. Тираж 100 экз.

Отпечатано с орнгинал-максга. предоставленного такаччикйм.

Государственное учреждение здривоочраненад «Ставропольский краевой клинический исктр спешталтированных видов исднцннскоИ помощи». 355030, г. Ставрополь, ул. Семашко I. (ул. Лермонтова. 208).

Введение.

Глава 1. 77ерг/-аннслирование пятичленных гетероколец и применение 1,3,5-триазинов в синтезе гетероциклических соединений (литературный обзор).

1.1. Лерм-аннелирование пятичленных гетероколец . 9 1.1.1. 77е/?м-аннелирование фрагмента -СЯ=К- (=СЯ

1 Л.2.Яери-аннелирование фрагментов -СК-0-(СК=0+-)

1Л.З. Яе/?м-аннелирование фрагментов-СЫ-З-.

1.1.4. Яе/?и-аннелирование фрагмента -1М-]Ч-.

1.2 Применение 1,3,5-триазинов в синтезе гетероциклических соединений

Глава 2. Обсуждение результатов.

2.1. Синтез 1Я-1,5,7-триазациклопента[с,йГ]феналенов

2.1.1. Синтез 1Я-1,5,7-триазациклопента[с,й0феналенов 43 из 1,4,5-триаминонафталина.

2.1.2. Синтез 1Я-1,5,7-триазациклопента[с,йГ]феналенов из ацилперимидинов.

2.1.3. Синтез 1Я-1,5,7-триазациклопента[с,г/]феналенов из перимидинов.

2.1.4. Особенности строения 1Я-1,5,7-триазациклопен-та[с,£Пфеналенов.

2.2. Синтез 1Я-1,5,6,7-тетраазациклопента[с,<^-феналёнов

2.3. Синтез 1-окса-5,7-Диазациклопента[с,йПфеналенов 73 и 1-тиа-5,7- диазациклопента[с,с[\феналенов.

2.3.1. Синтез 1 -окса-5,7-диазациклопента[с, фенал енов

2.3.2. Синтез 1-тиа-5,7-диазациклопента[с,г/]феналенов

2.4. Синтез 1,2,5,7-тетраазациклопента[с,сГ]феналенов

Глава 3. Экспериментальная часть.

Выводы.