Синтез и реакции производных бензо-1,2,3,4-тетразина тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Синтез и свойства 1,2,3,4-тетразинов

1.1.1 Синтез 2-фенил-[1,2,3]триазоло[4,5-е]-[1,2,3,4]тетразина

1.1.1.1 Структура и физико-химические свойства 2-фенил-[1,2,3]три-азоло[4,5-е]-[1,2,3,4]тетразина

1.1.1.2 Термическая стабильность и механизм распада 2-фенил-[1,2,3]три-азоло[4,5-е]-[1,2,3,4]тетразина

1.1.2 Синтез ^З-ди-Т^-оксидов конденсированных 1,2,3,4-тетразинов, 1,2,3,4-тетразин[5,6-^бензо-1,2,3,4-тетразин-1,3,7,9-тетра-тУ-оксидов, 1,2,3,4-тетразин[5,6^]бензо-1,2,3,4-тетразин-1,3,7,9-тетра-Лг-оксидов и 1-tV-оксидов бензо-1,2,3,4-тетразинов

1.1.2.1 Синтез конденсированных 1,2,3,4-тетразин-1,3-ди-Лг-оксидов

1.1.2.2 Синтез 1,2,3,4-тетразинбензо-1,2,3,4-тетразин-1,3,7,9-тетра-Лг-оксидов постадийной циклизацией 1В

1.1.2.2.1 1,2,3,4-Тетразин[5,6-Г]бензо-1,2,3,4-тетразин-1,3,7,9-тетра-Л^-оксиды

1.1.2.2.2 1,2,3,4-Тетразин[5,6^]бензо-1,2,3,4-тетразин-1,3,7,9-тетра-ТУ-оксиды

1.1.2.3 Синтез 1,2,3,4-тетразинбензо-1,2,3,4-тетразин-1,3,7,9-тетра-Л^"оксидов одностадийной циклизацией

1.1.2.4 Синтез 5,7-дибромбензо-1,2,3,4-тетразин-1-Л^-оксида

1.1.3 Структура и физико-химические свойства Л^-оксидов бензо-1,2,3,4тетразинов

1.1.3.1 Структура и физико-химические свойства 1,3-ди-Л^-оксидов конденсированных 1,2,3,4-тетразинов, 1,2,3,4-тетразин[5,6-1]бензо-1,2,3,4-тетразин-1,3,7,9-тетра-7У-оксидов и 1,2,3,4-тетразин[5,6^]-бензо-1,2,3,4-тетразин-1,3,7,9-тетра-//-оксидов

1.1.3.2 Структура и физико-химические свойства б е и з о -1,2,3, 4-тетр аз и н-1 -Диоксидов и солей 2-(тУ-отреот-бутил)-4-]У-оксидов

1.1.4 Термическая стабильность TV-оксидов бензо-1,2,3,4-тетразинов

1.1.5 Относительная устойчивость конденсированных 1,2,3,4-тетразинов 30 1.2 Исходные соединения для синтеза конденсированных 1,2,3,4-тетразин-1,3-ди-Ы-оксидов и 1,2,3,4-тетразин-1^-оксидов

Полностью ненасыщенные бензо-1,2,3,4-тетразины являются одним из фундаментальных классов конденсированных гетероциклов. В нашей лаборатории проводится систематическая работа, направленная на поиск методов синтеза этих соединений и изучение их химических свойств. Исследование производных бензо-1,2,3,4-тетразина важно для понимания причин, обуславливающих устойчивость (или неустойчивость) молекул с длинными цепочками атомов азота. Помимо этого, на базе этих соединений могут быть созданы новые синтетические методы органической химии.

Ранее были получены бензо-1,2,3,4-тетразин-1,3-диоксиды и установлено, что присутствие двух /V-оксидных атомов кислорода существенно стабилизирует 1,2,3,4-тетразиновую систему. В настоящей работе объектами исследования стали моно-TV-оксиды бензотетразина (одно соединение этого класса было получено ранее) и соли 2-алкил-бензо-1,2,3,4-тетразиния. В основе разработанного нами подхода к синтезу моно-ТУ-оксидов бензо-1,2,3,4-тетразина лежит внутримолекулярная реакция катиона диазония с даре/тьбутил-МУО-азокси-фрагментом, а подход к солям 2-алкил-бензо-1,2,3,4-тетразиния основан на взаимодействии катиона диазония с алкилазо-фрагментом. n n

Целью работы стало исследование этих двух новых равновесных процессов и создание на их основе синтетических методов построения соединений бензо-1,2,3,4-тетразинового ряда. Целью работы также являлось исследование термической устойчивости новых производных бензо-1,2,3,4-тетразина и исследование их химических свойств с целью создания новых синтетических методов органической химии.

В графическом виде основные результаты работы можно представить на следующих схемах:

-N

Nuc = F, CI, Br, CN, AlkO, ArO, AcO, OH, Alk2N, AlkNH, ArNH,

C02Me

1. Разработан подход к синтезу бензо-1,2,3,4-тетразин-1-Я-оксидов, ключевая стадия которого заключается в циклизации солей диазония, содержащих в орто-положшии от/?еда-бутил-Л^О-азоксигруппу. Нуклеофильное замещение брома в бромзамещенных бензо-1,2,3,4-тетразин-1-оксидах позволило существенно расширить круг этих соединений. Исследовано влияние заместителей на устойчивость бензо-1,2,3,4-тетразин-1-

оксидов, которая определяется скоростью раскрытия тетразинового кольца с образованием орто-азидонитрозобензолов.2. Исследован механизм образования 1-7У-оксидов бензо-1,2,3,4-тетразина, включающий 1,2-М,М-сдвиг/ире/и-бутильной группы в промежуточных солях 1-7У-оксидов

2-/ире/и-бутил-бензо-1,2,3,4-тетразиния.3. Синтезированы соли 4-7У-оксидов 2-гаре/и-бутил-бензо-1,2,3,4-тетразиния и исследована их реакция с нуклеофилами, приводящая к 2-(Л^-дареот-бутил)-2,6-дигидро-6-

оксо(или алкилимино)-бензо-1,2,3,4-тетразин-4-У-оксидам.4. Впервые синтезированы соли 2-алкил-бензо-1,2,3,4-тетразиния. Исследован новый тип кольчато-цепной таутомерии в солях 2-алкил-бензо-1,2,3,4-тетразиния.5. Разработан метод определения соотношения таутомеров по данным спектроскопии ЯМР 'Н. Исследована зависимость положения таутомерного равновесия от заместителей в бензольном ядре и в азогруппе.6. Найдено, что соли 2-алкил-бензо-1,2,3,4-тетразиния легко реагируют с нуклеофилами с элиминированием молекулы азота и могут использоваться для мягкого арилирования соединений с ОН-, КН-группами и активным метиленовым звеном.7. Разработаны методы получения недоступных ранее 2-алкил-бензо-1,2,4-триазин-3-

онов, 2-алкил-бензо-1,2,4-триазин-3-тионов нуклеофильным замещением диазониевой группы в солях 2-алкил-бензо-1,2,3,4-тетразиния изоцианатом натрия и изотиоцианатом натрия соответственно.8. Разработан препаративный метод получения 2-алкил-1,4-дигидро-бензо-1,2,4-

триазин-З-онов восстановлением соответствующих 2-алкил-бензо-1,2,4-триазин-3-онов.9. Разработан метод селективного восстановления нитрогруппы в присутствии азоксигруппы для соединений ароматического ряда и определены границы его применимости. Показано, что спектроскопия ЯМР на ядрах ' ' ' N может служить удобным методом слежения за ходом протекания реакции восстановления.10. Разработан метод получения недоступных ранее М-{трет-д.лкжл)-орто нитрозоанилинов.

1. Портер А. Е. А, Триазины и тетразины в кн. Общая органическая химия, Химия, Москва, 1985, т. 8, 194, Comprehensive organic chemistry, Ed. Barton D, Ollis W. D, Pergamon Press Ltd, Oxford—New York—Toronto— Sydney—Paris— Frankfurt, 1979..

2. Kaihoh T, Itoh T, Yamaguchi K, and Ohsawa A, J. C. S., Chem. Commun., 1988,1608.

3. Kaihoh T, Itoh T, Yamaguchi K, and Ohsawa F, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1991, 2045.

4. Kaihoh T, Itoh T, Yamaguchi K, and Ohsawa F, Chem. Pharm. Bull., 1990, 38,3191.

5. Чураков А, Иоффе С, Стреленко Ю, Тартаковский В, Изв. Акад. Наук, Сер. Хим., 1990, 718.

6. Churakov А. М, Ioffe S. L, and Tartakovskii V. A., Mendeleev commun., 1991, 101.

7. Churakov A. M, Ioffe S. L, and Tartakovskii V. A, Mendeleev commun., 1995, 227.

8. Филатов И. E, Синтез пиридин-конденсированных 1,2,3,4-тетразин-1,3-диоксидов. Дис. . канд. хим. наук. Екатеринбург - 1993, - 123 с.

9. Смирнов О. Ю, Синтез и реакции ТЗ-ди-ТУ-оксидов и 1-iV-оксидов бензо-1,2,3,4-тетразина. Дис. . канд. хим. наук. Москва 1995, - 120 с.

10. Frumkin А. Е, Churakov А. М, Strelenko Y. A, Kachala V. V, Tartakovskii V. А, Org. Lett, 1999, 1, 721.

11. Фрумкин А. Е, Синтез новых конденсированных полиазотных гетероциклов в ряду 1,3,5-триазинов и 1,2,3,4-тетразинов. Дис. . канд. хим. наук. Москва 1999, - 137 с.

12. Churakov А. М, Smirnov О. Y, Strelenko Y. A, Ioffe S. L, Tartakovskii V. А, Struchkov Y. Т, Dolgushin F. M, and Yanovsky A. I, Mendeleev commun., 1994, 122.

13. Churakov A. M, Smirnov O. Y, Strelenko Y. A, Ioffe S. L, Tartakovskii V. A, Struchkov Y. T, Dolgushin F. M, and Yanovsky A. I, Mendeleev commun., 1996, 22.

14. Palmer M. H., Gaskell A. J., Findlay R. H., J. Chem. Soc., Perkin Trans. II, 1974,

15. Фрумкин A. E., Чураков A. M., Стреленко Ю. А., Тартаковский В. А., Изв. АН, Сер. хим., 2000, 480-484.

16. Churakov А. М, Semenov S. Е., Ioffe S. L., Strelenko Y. A., and Tartakovskii V. A., Mendeleev commun., 1995, 102.

17. Yamaguchi K., Takahashi H, Kaihoh Т., Itoh Т., Okada M.,Nagata K., Matsumura G., and Ohsawa k.,Acta Crystallogr. Sect. C. Cryst. Struct. Commun., 1992, C48, 1237.

18. Резникова К. И., Чураков А. М., Шляпочников В. А., Тартаковский В. А., Изв. Акад. Наук, Сер. Хим., 1995, 11, 2187.

19. Rezchikova К. I., Churakov А. М, Shlyapochnikov V. A., and Tartakovskii V. А., Mendeleev commun., 1995, 100.

20. Rezchikova К. I., Churakov A. M, Burshtein K. Y., Shlyapochnikov V. A., and Tartakovskii V. A., Mendeleev commun., 1997, 174.

21. Негребецкий В. В., Боканов А. И., Степанов Б. И., Ж. Структ. Хим., 1981, 22,88.

22. Апасов Э. Т., Джетигенов Б. А., Стреленко Ю. А., Калинин А. В., Тартаковский В. А., Изв. Акад. Наук, Сер. Хим., 1991, 1394.

23. Чураков А. М., Смирнов О. Ю., Иоффе С. J1.,Стреленко Ю. А., Тартаковский В. А., Изв. Акад. Наук, Сер. Хим., 1994, 9, 1620.

24. Hazard R., Tallec A., Bull. Soc. Chim. Fr., 1971, 2917.

25. Zawalski R. C., and Kovacic P., J. Org. Chem., 1979, 44, 2130.

26. Фрумкин A. E., Чураков A. M., Стреленко Ю. А., Смирнов О. Ю., Иоффе С. Л., Тартаковский В. А., Изв. Акад. Наук, Сер. Хим., 1999, 7, 1307.

27. Фрумкин А. Е., Чураков А. М., Стреленко Ю. А., Тартаковский В. А., Изв. Акад. Наук, Сер. Хим., 1999, 11, 2126.

28. E. Bamberger, R. Hubner, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1903, 36, 3803-3822.

29. Hall J. H., Dolan F. W., J. Org. Chem. 1978, 43, 4608-4612.

30. Mallory F. В., SchuellerK. E., Wood C. S.,J. Org. Chem., 1961,26,3312.

31. MijsM. J., Hoekstra S. E., UlmannR. M., HalingaE., Rec. trav. chim., 1958, 77, 746.

32. Holmes R. R., Bayer R. P., J. Am. Chem. Soc., 1960, 82, 3454.

33. Ракитин О. А., Власова О. Г., Чертанова JL Ф., Хмельницкий Л. И., Изв. Акад. Наук. СССР, Сер. Хим., 1990, 7, 1625.

34. Hudlicky М., Reduction in Organic Chemistry, Wiley, New York, 1984.

35. Kornet M. J., Beaven W„ Varia Т., J. Het. Chem., 1985, 22, 1089.

36. Seikel M. K., Org. Synth., 1944, 24, 47.

37. Boyer J. H. in The Chemistry of the Nit.ro and Nitroso Groups (Ed.: H. Feuer), Wiley Interscience, New York, 1970, vol. 1, p. 278-280.

38. Wu Y. M., Ho L. Y., Cheng С. H., J. Org. Chem. 1985, 50, 392-394.

39. Hickinbottom W. J., J. Chem. Soc. 1933, 946-951.

40. Biggs I. D., Williams D. L. H., J. Chem. Soc., Perkin Trans 2, 1976, 691-697.

41. Terrier F, Nucleophilic Aromatic Displacement: the Influence of the Nit.ro Group, VCH Publishers, New York, 1991, chapter 5.

42. Schmidt M. W., Baldridge К. K., Boatz J. A., Elbert S. Т., Gordon M. S., Jensen J. H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K. A., Su S., Windus T. L., Dupuis M., Montgomery J. A., J. Comput. Chem., 1993, 14, 1347.

43. Newman M. S., Arkell A, J. Org. Chem. 1959, 24, 385-387.

44. Bock H., Kroner J., Chem. Ber. 1966, 99, 2039-2051.

45. Selwood P. W., J. Am. Chem. Soc. 1949, 71, 3039-3043.

46. Williams D. L. H. in The Chemistry of Amino, Nitroso, and Nitro compounds and Their Derivatives (Ed.: S. Patai), Wiley Interscience, New York, 1982, part 1, chapter 4.

47. Беляев Е. Ю, Гидаспов Б. В, Ароматические нитрозосоединения, Химия, Ленинград, 1989, гл. 4.

48. Беляев Е. Ю, Петрова С. В, Ж Орг. Хим., 1977, 13, 1220.

49. Bauer Н, Bedford G. R, Katritzky A. R, J. Chem. Soc., 1964, 751.

50. Zollinger H.,Acc. Chem. Res., 1973, 6, 335.

51. Cohen T, Dietz A. G, Miser J. R, J. Org Chem., 1977, 42, 2053.

52. Gattermann L, Chem. Ber., 1890, 1218.

53. Gattermann L, Chem. Ber., 1892, 1086.

54. Грищук Б. Д, Кудрик Е. Я., Горбовой П. М, Гармидер В. Л, Ганущак Н. И, Ж. Орг. Хим., 1994, 64, 1294.

55. Wardell J. L. in The Chemistry of the Thiol Group (Ed.: S. Patai), Wiley Interscience, London, 1974, p. 163-269.

56. Bishler A, Chem. Ber., 1899, 22, 2801.

57. Mustafa A, Asker W, Mansour A. K, Zaher H. A. A, Eloni A. R, J. Org. Chem., 1963, 28, 3519.

58. Slonka J, SramkovaM, Bekarek V, Coll. Czech. Chem. Comm., 1976, 41, 3090.

59. Messmer A, Hajos G, Benko P, Pallos L, Mag. Kem. Fol., 1980, 86, 466.

60. Taylor E. C, Macor J. E,,J. Org. Chem., 1987, 52, 4280.

61. Foye W. O, Abood N, Fauffman J. M, Kim Y.-H, Patel B. R, Phosphorus Silfur, 1980, 8, 205.

62. SasseK, KrausP, SchinpflugH, (Bayer A.-G.), Ger. OfFen, 2,740,887.63. Japan. Kokai, 74 69,685.

63. Sallam M. M. M, Ibrahim Y. A, Abdel-Hady S. A.-L, Helv. Chim. Acta., 1976, 59,1093.

64. Le Count D, Greer A. T, Synthesis, 1976, 459.

65. Teuber H.-J, Worbs E, Cornelius D, Chem. Ber., 1968, 101, 3918.

66. Singh R. R., Kumar R., Khanna R. K., Tetr. Lett., 1982, 49, 5191.

67. Роэ А. в кн. Органические реакции, ИЛ, Москва, 1951, сб. 5, стр. 155-195.

68. Kochi J. К., J. Am. Chem. Soc., 1957, 79, 2942.

69. Galli C., J. Chem. Soc., Perkin Trans. II, 1982, 1139.

70. Carey J. G., Jones G., Millar I. Т., Chem. Ind. (London), 1959, 1018.

71. KosowerE. M., Acc. Chem. Rev., 1971, 4, 193.

72. Buckingham J., Quart. Rev., 1969, 23, 37.

73. Martin G. J., Martin M. L., Goeusnard J.-P., 15NNMR spectroscopy, Springer-Verlag, Berlin, 1981.

74. Al-Tahou В. M., Gowenlock B. G., Reel. Trav. Chim. Pays-Bas 1986, 105, 353-355.

75. Fletcher D. A., Gowenlock B. G., Orrell K. G., Sik V., Magn. Reson. Chem. 1995, 33,561.

76. Apasov E. Т., Churakov A. M., Strelenko Yu. A., Ioffe S. L., Djetigenov B. A., Tartakovsky V. A., Tetrahedron 1995, 51, 6775.

77. Ewing D. F., Org. Magn. Reson. 1979, 12, 499.

78. Wolf F. J., Pfister K., Wilson R. M., Robinson C. A., J. Am. Chem. Soc., 1954, 76,3551.

79. Gaboriand R., Bull. Soc. Chim. Fr., 1976, 1903.

80. Gottardi W., Monatch. Chem., 1973, 104, 1681.

81. Апасов Э. Т., Джетигенов Б. А., Стреленко Ю. А., Калинин А. В., Тартаковский В. А., Изв. Акад. Наук СССР, Сер. Хим., 1991, 1394.

82. Suhr Н., Liebigs Ann. Chem., 1965, 687, 175.

83. Tappi G., Forni P. V., Ann. Chim. (Rome), 1949, 39, 338.

84. Moje W., J. Org. Chem., 1964, 29, 3722.

85. Hammick D. L., Edwards W. A. M., Sleiner E. R., J. Chem. Soc., 1931, 3308.

86. Prokipcak J. M., Forte P. A., Can. J. Chem., 1970, 48, 3059.