Синтез и стереохимия производных I-окси и I-галогеназиридинкарбоновых эфиров тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.з

1. Производные 1-гидроксиазиридина.

1.1. Кофигурацинно стабильные 1-алкоксиазиридины (литературный обзор).

1.1.1. Синтез.

1.1.2. Химические свойства.

1.1.3. Оптически активные производные.

1.2. Синтез и исследование производных 1-гидроксиазиридина (обсуждение результатов).

1.2.1. Новые конфигурационно стабильные производные 1-гидро-ксиазиридина.

1.2.2. Перенос хиральности с асимметрического трехвалентного азота на углерод путем превращений 1-метоксиазиридин-2,2-дикарбонового эфира.

1.2.3. Диастереомерные производные 1-алкоксиазиридин-2,2-дикарбоновых кислот. Синтез, структура и абсолютная конфигурация

1.2.4. Спонтанное разделение на антиподы диамида 1-метоксиазиридин-2,2-дикарбоновой кислоты.

2. Производные 1-галогеназиридинов.

2.1. 1-Галогеназиридины (литературный обзор).

2.1.1. Синтез, строение и свойства.

2.1.2. Конфигурационная стабильность и оптически активные производные.

2.2. Синтез и исследование 1-галогеназиридинов (обсуждение результатов).

2.2.1. Производные 1-фторазиридинов.

2.2.2. Метиловые эфиры транс-2-трифторметилазиридин-З-карбоновой и 2-трифторметилазиридин-2-карбоновой кислот. Галогенирование с просттранственно более затрудненной стороны.

2.2.3. Новый метод синтеза замещенных 1-фторазиридинов.

3. Экспериментальная часть.

3.1. Производные 1-гидроксиазиридин-2,2-дикарбоновой кислоты.

3.2. Производные 1-галогеназиридинов.

ВЫВОДЫ.

Построение соединений с асимметрическим атомом азота — классическая проблема органической химии. В 1890 г. Ганч и Вернер [1] сформулировали идею о пирамидальной конфигурации трехвалентного атома азота, из которой следовала возможность существования зеркальных изомеров с асимметрическим N. Однако многочисленные попытки получения в оптически активной форме соединений с асимметрическим атомом N были безуспешны [2-4]. В 1924 г. Дж. Мейзенхеймер с сотр. пришли к выводу о невозможности расщепления аминов из-за быстрой инверсии пирамиды N [5]. Пространственный запрет инверсии N в основании Трёгера позволил получить это соединение в оптически активной форме [6].

Начиная с 1939 г. высказываются предположения о повышении пирамидальной стабильности атома N в немостиковых структурах при включении его в трехчленный цикл [7]. Позднее было сформулировано второе важное условие повышения пирамидальной стабильности азота — наличие а-электроотрицательных заместителей [8]. Путем включения N в напряженную циклическую систему и введения к нему эндо- и экзоциклических а-электроотрицательных заместителей синтезированы системы с конфигурационно устойчивым трехвалентным атомом N в немостиковых структурах. С этого времени начался качественно новый этап исследования асимметрического азота, который ознаменовался синтезом оптически активных соединений с хиральным атомом N и разделением на антиподы оксазиридинов [9], диазиридинов [10], 1- алкоксиизоксозалидинов [11], 1-хлор-и 1-алкоксиазиридинов [12] и, наконец, соединений с асимметрическим азотом в открытой цепи — диалкоксиаминов [13].

Однако 1-арилокси- и 1-силоксиазиридины, потенциально обладающие конфигурационно стабильным атомом азота и представляющие большой теоретический интерес, до сих пор неизвестны. Не изучена возможность переноса хи-ральности с трехвалентного асимметрического азота на углерод, открывающая путь к синтезу полифункциональных хиральных синтонов. До сих пор не ставился вопрос о возможности спонтанного разделения на антиподы соединений с асимметрическим центром только на атоме N. Кроме того, крайне мало изучены чрезвычайно интересные, с точки зрения конфигурационной стабильности, 1-фторазиридины.

Целью настоящей работы является:

• получение производных 1-арилокси и 1-силокиазиридинов и изучение их конфигурационной стабильности;

• изучение принципиальной возможности переноса хиральности с трёхвалентного асимметрического атома азота на углерод;

• разработка ЯМР критериев для установления абсолютной конфигурации азота в диастереомерных 1-алкоксиазиридинах;

• исследование возможности спонтанного разделения на антиподы соединений с асимметрическим азотом кристаллизацией из оптически неактивных растворителей;

• синтез и исследование 1-фторазиридинов.

Работа логически связана стратегией синтеза целевых объектов — азири-динов. Однако, поскольку каждая стадия настоящего исследования требует конкретного анализа литературных данных, мы нашли целесообразным отказаться от традиционного литературного обзора и обсудить интересующие нас вопросы в начале каждой главы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 95 страницах, иллюстрирована 19 таблицами и 4 рисунками. Библиография содержит 133 литературные ссылки. В первой главе рассмотрены производные 1-оксиазиридина, вторая глава посвящена методам синтеза 1-галогеназиридинов. В третьей главе приведены экспериментальные данные по методам синтеза соединений, включенных в диссертационную работу.

ВЫВОДЫ.

1. Впервые получены 1-фенокси- и 1-силоксиазиридин-2,2-дикарбоновые эфиры присоединением диазометана к соответствующим О-фениловым или О-силиловым эфирам диметилизонитрозомалоната, с последующим ацидолизом промежуточных триазолинов. Диметиловый эфир 1-(2,4-динитрофенокси)азиридин-2,2-дикарбоновой кислоты частично разделен на антиподы. Для диметилового эфира 1-от/>ет-бутилдиметилсилоксиазиридин-2,2-дикарбоновой кислоты показана высокая конфигурационная стабильность атома азота. Обнаружено, что К-соль диметилизонитрозомалоната в присутствии краун-эфира реагирует с тозилоксиалканами и активированными арилга-логенидами как О-нуклеофил с образованием только О-эфиров диметилизонитрозомалоната.

2. Изучена возможность переноса хиральности с трехвалентного асимметрического атома азота на углерод превращением 1-метоксиазиридин-2,2-дикарбоново-го эфира в дигидрохлорид 1-амино-2-метоксиамино-2-хлорметилпропан-3-ола, что открывает путь к синтезу полифункциональных хиральных синтонов.

3. Разработаны ЯМР критерии отнесения конфигурации азотного хирального центра в диастереомерных 1-алкоксиазиридин-2,2-дикарбоновых эфирах с ал-коксильными заместителями типа Я02ССН(Ме)0-. Справедливость этих критериев подтверждена синтезом соответствующих оптически активных диастере-омерно чистых триамидов с заведомой Б-конфигурацией углеродного асимметрического центра и определением абсолютной конфигурации 88-(+)-диастереомера.

4. Методом РСА показано, что диамид 1-метоксиазиридин-2,2-дикарбоновой кислоты образует водородно-связанные гомохиральные полимеры в кристалле. На основании этого впервые осуществлено направленное разделение указанного соединения с асимметрическим азотом кристаллизацией из ахирального растворителя.

5. Впервые получены диметиловый эфир 1-фторазиридин-2,2-дикарбоновой и диизопропиловый эфир транс-1 -фторазиридин-2,3-дикарбоновой кислот действием элементарного Р2 на соответствующие NН-азиридины в присутствии КаР, причем последний получен в оптически активной форме. В случае 1фторазиридин-2,2-дикарбонового эфира показана транс-стереоспецифичность нуклеофильного замещения по сложноэфирной группе. Разработан эффективный метод синтеза 1-фторазиридинов с электроноакцепторными заместителями в цикле фторолизом их 1-аминометильных производных.

6. Для метиловых эфиров 2-трифторметилазиридин-2-карбоновой и транс-2-трифторметилазиридин-3-карбоновой кислот обнаружена стереоспецифичность ТЧ-галогенирования с пространственно более затрудненной стороны, обусловленная соответствующей ориентацией неподеленной электронной пары атома N за счет образования внутримолекулярной Н-связи.

1. Hantzch А., Werner А. Über räumliche Anordung der Atome in stickstoffhaltigen Molekülen. - Chem. Ber., 1890, B. 23, S. 11-30.

2. Shriner R. L., Adams R., Marvel С. S. — Stereoisomerism. In: Organic chemistry an advanced treatise. Ed. Giman H., Willey J., New York, 1938, p. 328.

3. Терентьев А. П., Потапов В. H. Основы стереохимии. — М., Л.: Химия, 1964, с. 172.

4. Потапов В. Н. Стереохимия. — М.: Химия, 1976, с. 579.

5. Meiseinheimer J., Andermann L., Finn О., Viewey Е. Versuch zur Darstellung optisch activer Verbindungen des dreiwertigen Stickstoff. — Chem. Ber., 1924, B. 57, N 9, S. 1744-1759.

6. Prelog V., Wieland P., Über die Spaltung der Tröger'sehen Base in optishe Antipoden, ein Beitrag zur Stereochemie des dreiwertigen Stickstoff. — Helv. Chim. Acta, 1944, B. 27, S. 1127-1134.

7. Kincaid J. F., Henrigues F. C. The stability toward racemization of optically active compaunds with special reverence to trivalent nitrogen compaunds. — /. Amer. Chem. Soc., 1940, v. 62, N. 6, p. 1474-1477.

8. Backer Н. J. L'Action de diazomethane sur le bis-methylsulfonyl-isonitrosomethane. Rec. Tray. Chim., 1950, v. 69, N. 9, p. 1223-1232.

9. Костяновский P. Г., Кадоркина Г. К., Варламов С. В. 1-Окси-2,2-бис(триф-торметил)азиридин. — Изв. АН СССР. Сер. хим., 1979, N 1, с. 131-139.

10. Костяновский Р. Г., Кадоркина Г. К., Захаров К. С. Диастереомерные 1-ал-коксикарбонилокси-2,2-бис(трифторметил)азиридины. — Докл. АН СССР, 1975, т. 221, N 1, с. 126-129.

11. Костяновский P. Г., Кадоркина Г. К., Плешкова А. П. 2,2-Бис(трифторметил)-3-цианазиридин. — Изв. АН СССР. Сер. хим., 1976, N 5, с. 1187-1189.

12. Шустов Г. В., Тавакалян H. Б., Зайченко H. Л., Костяновский Р. Г. Трансспецифичный кислотный гидролиз диметилового эфира 1-тозилоксиазиридин-2,2-дикарбоновой кислоты. — Изв. АН СССР. Сер. хим., 1980, N 9, с. 2183.

13. Rudchenko V. F. Synthesis, reactions, and properties of ONO systems. — Chem. Rev. 1993, v. 93, N 12, p.729-739 и ссылки внутри.

14. Костяновский Р. Г., Рудченко В. Ф., Просяник А. В., Исобаев М. Д., Червин И. И., Марков В. И. Асимметрический азот. II. Производные 1-алкоксиазиридин-2,2-дикарбоновых кислот. — Изв. АН СССР. Сер. хим., 1977, N 3, с. 628-638.

15. Костяновский P. Г., Просяник А. В., Марков В. И. Синтез нитронов реакцией изонитрозомалоновых эфиров с диазоалканами. — Изв. АН СССР. Сер. хим., 1977, N 1, с. 250-251.

16. Рожков В. В., Червин И. И., Просяник А. В., Костяновский Р. Г. Синтез и оптическая активация диметилового эфира 1-(2,4-динитрофенокси)азиридин-2,2-дикарбоновой кислоты. Изв. РАН. Сер. хим., 1996, N 12, с. 3027-3028.

17. Костяновский Р. Г., Рудченко В. Ф., Шустов Г. В. Асимметрические реакции инверсии атома азота. — Изв. АН СССР. Сер. хим., 1977, N 7, с. 1687

18. Holt A., Jarvie A. W. P., Mallabar J. J. The methanolysis and hydrogenolysis of some alkoxysilanes. — J. Organometallic Chem., 1973, v. 59, p. 141-144.

19. Stork G., Hudrlik P. F. Isolation of ketone enoates trialkylsilyl ethers. — J. Amer. Chem. Soc., 1968, v. 90, N 16, p. 4462-4464.

20. Akerman E. On the hydrolysis of trialkylphenoxysilanes II. — Acta Chem. Scand. 1957, v. 11, N2, p. 373-381.

21. Corey Е. J., Snider В. В. A total synthesis of (±)-fumagillin. — J. Amer. Chem. Soc., 1972, v. 94, N 7, p. 2549-2551.

22. Schumann Е. L., Paquette L. A., Heinselman В. V., Wallach D. P., Da Vanso J. P., Oreig M. E. The synthesis and y-aminobutyricacid transaminase inhibition of aminooxy acid and related compounds. — J. Med. Pharm. Chem., 1962, 5, 464.

23. Smith S. G., Hanson M. P. Control of the site of alkylation of ambident anions. — /. Org. Chem., 1971, v. 36, N 14, p. 1931-1933.

24. S. Briikner, L. Malpezzi, А. V. Prosyanik, S. V. Bondarenko, Acta Cryst., 1985, C41, 215, 219

25. Shustov G. V., Zolotoi А. В., Konovalikhin S. V., Atovmyan L. O., Kostyanovsky R. G. A novel trans-1,2-dimethyldiaziridine — silver nitrate complex: synthesis and molecular crystal structure. — Mendeleev Commun., 1995, N 6, p. 218-219.

26. Костяновский P. Г., Кадоркина Г. К., Червин И. И., Ромеро Мальдонадо К. А. Стереоспецифичность КССВ ядер 1Н, 15N и 19F в замещенных 2,2-бис(трифторметил)азиридинах. — Хим. гетероцикл. соедин., 1988, N 6, с. 757-765.

27. Graefe A. F., Meyer R. The synthesis of l,r-biaziridine. A new bicyclic system. — J. Amer. Chem. Soc., 1958, v. 80, N 7, p. 3939.

28. Horwell D. C., Rees C. W. An aza-analogue of the cyclopropil to allyl cation rearrangement. — Chem. Commun., 1969, N 23, p. 1428.

29. Parham W. E., Rieff H. E, Swartzentruber P. The formation of naphthalenes from indenes II. — J. Amer. Chem. Soc., 1956, v. 78, N 7, p. 1437-1440.

30. Просяник А. В., Бондаренко С. В., Марков В. И. Диэфир азиридин-2,2-дикарбоновой кислоты. — Жур. орг. хим, 1980, т. XVI, вып. 7, с. 1554.

31. Felix D., Eschenmoser A. Langsame Inversion am pyramidal gebundenen Stickstoff: Isolierung von diastereomeren 7-Chlor-7-azabicyclo4.1.0.heptanen bei Raumtemperatur. — Angew. Chim., 1968, B. 80, N 5, S. 197-199.

32. Кадоркина Г. К. Асимметрические азиридины. — Диссертация на соискане ученой степени кандидата химических наук. Черноголовка, 1975.

33. Shurig V., Legrer U. Tetrahedron: Asymmetry, 1990, v. 1, N 12, p. 865-867.

34. Sancar Lai G., Pez G. P., Syvret G. R. NF fluorinating agent. Chem. Rev., 1996, v. 96, N 5, p. 1737-1755.

35. Осипов С. Н., Коломиец А. Ф., Фокин А. В. Метиловый эфир 2-N-трифторацетилиминотрифторпропионовой кислоты в реакциях циклоприсое-диния. Изв. АН СССР. Сер. хим., 1988, N 1, с. 132-136.

36. Ernst L., Ibrom К. A new quantitative description of the distance dependence of through-space 19F, 19f spin-spin coupling. — Angew. Chim., Int. Ed. Engl., 1995, v. 34, N 17, p. 1881-1882.

37. Böhme H., Mundlos E., Herbof O.-E. Über darstellung und eigenschften a-halogenerter Amine. — Chem. Ber., 1957, B. 90, N 9, S. 2003-2008.

38. Shustov G. V., Tavakalyan N. В., Kostyanovsky R. G. Asymmetrical nitrogen — 40; geminal system —26. N-Chlorohydrazines. — Tetrahedron, 1985, v. 41, N 3, p. 575-584.

39. Рудченко В. Ф., Игнатов С. М., Носова В. С., Червин И. И., Костяновский Р. Г. Асимметрический азот. Сообщение 52. Нуклеофильное замещение у атома азота в 1ч-хлор-1Ч-алкоксиаминах.

40. Rozhkov V. V., Makarov К. N., Voznesensky V. N., Kostyanovsky R. G. A new method of synthesis of the substituted 1-fluoroaziridines. — J. Fluor. Chem., в печати.

41. Kostyanovsky R. G., Korneev V. A., Shustov G. V. Stereochemistry of the Man-nich reaction, illustrated by the aminomethylation of diaziridine. — Mendeleev Com-mun., 1993, N 5, p. 212-213.

42. Bloemink H. J., Cooke S. A., Holloway J. H., Legon A. S. Rotational spectroscopy of mixtures of trimethylamine and fluorine: idintification of the ion pair (CH3)3NF.+-P in the gas phase. — Angew. Chim., Int. Ed. Engl., 1997, v. 36, N 12, p. 1340-1342.

43. Физер JI., Физер M. Реагенты для органического синтеза, т. VII. — М: Мир, 1978, с. 142.

44. Кнунянц И. JI., Зейфман Ю. В. 2,2-Бис(трифторметил)азиридин. — Изв. АН СССР. Сер. хим., 1967, N 3, с. 1686.