Синтез и свойства фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов

Диелимориба Диубате

Синтез и свойства фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Диелимориба Диубате АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2000 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Синтез и свойства фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов»

Автореферат диссертации на тему "Синтез и свойства фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

?Го ОД

ДИЕЛИМОРИ6А Диубате

1 ДЕК 1ГЛ

СИПТЕЗ И СВОЙСТВА ФУРАЗА1ШЛЗЛМЕ1ЦЕННЫХ АЦЕТИЛЕНОВ II ДИАЦЕТИЛЕНОВ

02.00.03 - Органическая химии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степеии кандидата химических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена на кафедре органической химии Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор химических наук,

ведущий научный сотрудник И. Н. Домнин

доктор химических наук, профессор И. В. Целинский доктор химических наук,

профессор Д. А. Пономарев Московский государственный

университет им. М. В. Ломоносова

Защита состоится 29 июня 2000 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.57.03 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора химических наук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект, д. 41.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета

Автореферат разослан " 9 " июня 2000 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Ю- П. Арцыбашева

~244.2.2. рО

г-о п

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется ведущей ролью ацетиленовых и диацетиленовых соединений в развитии современной теоретической и экспериментальной химии. Нарастающий дефицит нефти позволяет считать разработку новых методов получения органических соединений на базе ацетилена и синтез ранее .неизвестных классов последних важной и актуальной задачей. Высокая реакционная способность ацетиленовых соединений позволяет получать на их основе самые разнообразные продукты тонкого органического синтеза. Тройная связь в качестве структурной единицы природных и синтетических соединений часто повышает их биоактивные свойства, расширяет спектр их фармакологического действия, уменьшает токсичность и т.д.

Соединения представляют также большой интерес для химии и материаловедения энергоемких веществ вследствие большого запаса энергии, содержащейся в тройной связи.

С другой стороны, производные 1,2,5-оксадиазола (фуразана) находят применение в качестве фармацевтических препаратов, реагентов для аналитических определений, исходных соединений для сннтеза и модификации полимеров, пропеллантов.

Соединений ацетиленового ряда, содержащих фуразановый цикл, насколько нам известно, до сих пор не было описано в литературе.

Цепь работы заключается в разработке методов синтеза фуразанилзамешенных ацетиленов и диацетиленов, нового класса соединений ацетиленового ряда, и изучении их свойств.

Обнаружена высокая эффективность межфазного катализа в реакции алкилирования диаминофуразанов через генерацию Ы-анионов. Практическая ценность работы заключается в получении новых соединений ацетиленового ряда, содержащих в своей структуре фуразановый цикл, имеющих большой потенциал для использования в различных областях органической химии, в особенности химии биологически активных соединений и веществ, обладающих высоким содержанием энергии. На защиту выносятся:

1. Разработка метода синтеза фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов реакцией нуклеофилыюго ароматического замещения

2. Применение метода межфазного катализа для алкилирования сверхслабых оснований посредством генерации №анионов.

3. Установление особенностей спектральных и термохимических свойств полученных соединений в связи с их структурными параметрами.

Структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 104 страницах машинописного текста, включая 2 таблицы и 1 рисунок. Она состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитируемой литературы из 105 наименований.

В первой главе рассмотрены литературные данные по синтезу, особенностям строения и реакциям алкинов и диинов, а также по особенностям структуры, синтезу и свойствам 1,2,5-оксадиазолов (фуразанов). Вторая глава посвящена обсуждению экспериментальных результатов по синтезу и свойствам фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов. Третья глава содержит методики проведения экспериментов, спектральные, физико-химические и аналитические данные полученных соединений.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Второй международной конференции молодых ученых "Актуальные тенденции в органическом синтезе на пороге новой эры" (Санкт-Петербург, 1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликована 2 работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Синтез исходных соединений.

В качестве исходных соединений фуразанового ряда нами были использованы 3,4-диметилфуразан (1), З-бромметил-4-метилфуразан (2), 3,4-диаминофуразан (3) и З-амино-4-нигрофуразан (4):

Н3С СН3

ГЛ

N. „И

о (1)

Н3С СН2Вг (2)

О (3)

н2у^о2

N. ^ О

(4)

3,4-Диметилфуразан (1) был получен реакцией днметилглиоксима с янтарным ангидридом.

З-Бромметил-4-метнлфуразан (2) синтезирован взаимодействием 3,4-диметилфуразана (I) с ^бромсукцинимидом.

3,4-Диаминофуразан (3) был получен реакцией дегидратации диаминоглиоксима в щелочной среде в автоклаве при повышенной температуре.

Окисление 3,4-диаминофуразана концентрированной серной кислотой и 33% перекисью водорода привело к образованию З-амино-4-ннтрофуразана (4). Также нами были получены ацетиленовые и диацетиленовые соединения, а именно: З-бутин-1-ол, 4-пентин-1-ол, 2,4-гексадиин-1,б-диол, 3,5-октадиин-1,8-диол, 4,6-декадиин-1,10-диол, 1-бром-2,4-октадиин.

З-Бутин-1-ол синтезирован в результате реакции ацетиленнда лития с оксираном в жидком аммиаке.

При взаимодействии тетрагидрофурфурилхлорида с амидом натрия в жидком аммиаке образуется 4-пентин-1-ол.

Соответствующие дииновые гликоли получены по реакции окислительной димеризации Глазера-Хея.

Синтез 1-бром-2,4-октадиина осуществлен в три стадии, используя известные методы Штрауса и Кадио-Ходкевича.

2. Использование алкилзамещенных фуразанов для введения ацетиленовых заместителей

С целью получения ацетиленовых соединений, содержащих 1,2,5-оксадиазольный заместитель, были использованы 3,4-диметилфуразан (1) и 3-бромметил-4-метилфуразан (2).

К сожалению, попытки введения тройной связи или циклолропильной группы в З-бромметил-4-метилфуразан (2) оказались неудачными. Неожиданный результат получен при проведении реакции З-броммсгил-4-метилфуразана (2) с циклопропиллитием в тетрагидрофуране (ТГФ). В результате' реакции переметаллирования и последующей реакции типа Вюрца наблюдалось образование бис-1,2-(4-метил-1,2,5-оксадиазол-3-ил)этана (5) с выходом 81%.

Н1СнСНгВГ нлИСН2Н2СучСНз

N. N N. N.

О ТГФ о о

(2) (5)

Полученное соединение охарактеризовано данными элементного анализа, ИК-, 'Н-ЯМР-спектроскопии.

Достаточно высокая С-Н кислотность в 3,4-диметилфуразане (1) позволила провести реакцию алкилирования через стадию металлирования. В качестве

меташшрующего агента использовали бутиллитий, в качестве алкилирующего агента - бромистый аллил.

н3с сн3 н3с сн2и н3с сн2сн2ш>сн2

ВиЧ ( ВгСН2НОСН2 у-(

V V * Vм

(5) (6)

3-Метил-4-(4-бутен-1-ил)фуразан (6) получен с выходом 80%. Структура данного соединения подтверждена данными элементного анализа и спектральными характеристиками.

При использовании в качестве алкилирующих агентов циклопропилметилбромида и бромистого пропаргила в реакции с 3-литийметил-4-метилфуразаном целевые продукты обнаружить не удалось.

3. Использование 3,4-дпаминофуразана для получения соединений ацетиленового ряда

3,4-Диаминофуразан является очень слабым основанием (величины рКа] находятся в интервале от -1,94 до -4,46, что примерно на 7-9 ед. ниже, чем у анилина) и в обычных условиях не вступает в реакции алкилирования ни с диметилсульфатом, ни с бромистым этилом.

Слабые основания с рКа « 1 алкилируют, используя их высокую N-11 кислотность, т.е. способность под действием оснований генерировать № анионы. Генерация И-анионов возможна через стадию металлирования, а также в условиях межфазного катализа (МФК).

Метод МФК является практически удобным и оперативным методом синтеза, т.к. позволяет генерировать Ы-анион, минуя стадию металлирования.

Так, в результате реакции 3,4-диаминофуразана (3) с бромистым пропаргилом (в соотношении 1 : 4) в системе КОН, К2СО3 в абсолютном ТГФ с использованием иодида тетрабутиламмония (ТБАИ) в качестве катализатора межфазного переноса были выделены продукт исчерпывающего алкилировапия - 3,4-К,Ы'-тетрапропаргилдиаминофуразал (7) с выходом 50% и продукт диалкилирования - 3-амино-4-М,№дипропаргиламинофуразан (8) с выходом 11%. Структура соединений (7) и (8) подтверждена спектральными данными и данными элементного анализа.

Н21

(3)

н2

НС=ССН2Вг

КОН, КзСОз.ТБАИ, ТГФ

(НСнССН^ ^(СНгС^СНЬ (7)

Н.у^СН^СНЪ

о (8)

Спектральные данные соединения (8) свидетельствуют в пользу несимметричной структуры. Так в спектре ПМР присутствует сигнал протонов аминогруппы в виде уширенного синглета при 4,23 м.д. В спектре 13С ЯМР имеются два сигнала углеродов фуразанового цикла при 151,56 и 149,80 м.д., что подтверждает несимметричную структуру продукта диалкилирования. В ИК спектре в отличие от спектра соединения (7) присутствуют полосы поглощения первичной аминогруппы при 3450 и 3370 см Преимущественное образование продукта исчерпывающего алкилирования и несимметричного продукта диалкилирования можно объяснить повышением И-Н кислотности после внедрения первого пропаргильного заместителя,

обладающего электроноакцепторными свойствами. В пользу этого свидетельствует и тот факт, что продукт исчерпывающего алкилирования образуется даже при соотношении исходных реагентов 1:1. Нам удалось провести алкшшрование 3,4-диаминофуразана (3) в условиях МФК даже менее реакционноспособными галогешгдами, такими как бромистый аллил и бромистый этил.

В ходе исследований были получены продукты исчерпывающего алкилирования как с бромистым аллилом (9), так и с бромистым этилом (10) с выходами 60 и 36%, соответственно.

С целью получения фуразанилзамещенных диацетиленов мы пытались ввести 3,4-К',№-тетрапропаргилдиаминофуразал (7) в реакцию окислительной димеризации Глазера. В результате этой реакции можно было ожидать образования продукта межмолекулярного взаимодействия как одной, так и двух пропаргильных групп соединения (7). В последнем случае было бы возможным образование гетероциклического соединения, включающего две дииновые группировки. Однако выяснилось, что катализатор реакции Глазера, комплекс однохлористой меди и Ы,№-тетраметилэтилендиамина, координируется с гетероциклической системой фуразана, вызывая его раскрытие.

КОН, к2со3,тбаи.тгф

(3)

ЛВг

(9) : Я = Н2С=СНСН2

(10): СН3СН2

(НОССНзЪ!

[(СНзС^СНЬ

СиС1, ТМЭДА

-г/—.

(НОССН2)21

рн2с=сн нс=сн2<р

1(СН2С=СН)2

О'

Н№-Ди(окта-2,4-диинил)-3,4-,диаминофуразан (11) был получен при взаимодействии 3,4-диаминофур азана с 1-бром-2,4-октадиином в условиях МФК с выходом 5%. Было установлено, что нестабильными в этих условиях являются не только образующиеся продукты алкилирования, но и сам диацетиленовый бромид.

КОН, К2С03, ТБАИ, ТГФ

(3)

Н7С3С=СС=ССН2

(И)

В спектре С ЯМР присутствует единственный сигнал атомов углерода фуразанового кольца при 151,07 м.д., что доказывает симметричное строение соединения (11).

При изменении экспериментальных условий взаимодействия фуразана (3) с 1-бром-2,4-октадиином был выделен с выходом 4% и охарактеризован М,Ы'-ди(окта-2,4-диинил)диаминоглиокснм (12):

Н,СзС=СС^ССН2Н1Ч^ ^МНСН2С=СС=СзН7

¥ ¥ НО он

(12)

В ИК-спектре соединения (12) в отличие от соединения (11) имеется полоса поглощения при 3550 (ОН).

4. Использование З-амино-4-нитрофуразана для получения соединений

ацетиленового ряда

Как показали наши исследования, получить соединение, содержащее дииновую систему и 1,2,5-оксадиазольный фрагмент с высоким выходом, .используя реакцию алкилирования 3,4-диадшнофуразана, не удается. В связи с этим наше внимание привлекла реакция ароматического нуклеофильного замещения нитрогруппы в З-амино-4-нитрофуразане. Как известно, нитрогруппа потенциально является хорошей уходящей группой в реакциях нуклеофильного ароматического замещения.

Так, в результате реакции З-амино-4-нитрофуразана с пропаргиловым спиртом в диметилформамиде (ДМФА) под действием 45%-ного раствора КОН был получен З-амино-4-пропаргилоксифуразан (13) с выходом 43%, структура которого подтверждена данными ЯМР и ИК спектроскопии и элементного анализа:

Н2Ы N02 Н2Ы ОСНгС^СН

)г-{ НОСН^СН ^ {

кон, н2о, ДМФА (4) (13)

В спектре 13С ЯМР химические сдвиги атомов углерода фуразанового кольца соответствуют значениям 157,01 (цикл.С-ОСН2) и 148,03 (цикл.СЖНг) м.д. Вследствие большей электроотрицательности атома кислорода по сравнению с атомом азота, связь С-0 должна быть поляризована в большей степени, чем связь С-1Ч. Поэтому сигнал атома углерода соседнего с атомом кислорода должен находится в более слабом поле.

1,4-Ди(3-амино-1г2,5-оксадиазол-4-илокси)-2-бутин (14) получен с выходом 68% в результате взаимодействия З-амино-4-нитрофуразана с 2-бутин-1,4-диолом.

НД N02 1Щ ОСН^ССНА ЫН2

ГЧ НОСН2С^ССН2ОН )—(

О' КОН, НгО, ДМФА о О

(4) (14)

Наличие тройной связи в соединении (14) доказано данными 13С ЯМР спектра, в котором наряду с сигналами других атомов углерода присутствует сигнал атома углерода тройной связи при 73,58 м.д.

Если 2-бутин-1,4-диол вступает в реакцию замещения с двумя молекулами 3-амино-4-нитрофуразаяа с образованием соединения (14), то введение в реакцию дииновых гликолей, гекса-2,4-диин-1,6-диола и окгга-3,5-диин-1,8-диола, не привело к синтезу фуразанилзамещенных диацетиленов.

В связи с этим были использованы более мягкие условия проведения реакции, а именно - межфазный катализ. Чтобы проверить возможность проведения реакции в условиях МФК, мы провели два синтеза З-амино-4-нитрофуразана с З-бутин-1-олом. Первый синтез осуществлен с использованием 45%-ного раствора КОН в ДМФА. В результате был выделен с выходом 40% З-амино-4-(3-бутин-1-окси)фуразан (15). Это же соединение образовалось и во втором случае, когда реакцию проводили с использованием системы МФК (КОН, К2СО3 в абсолютном ТГФ с ТБАИ в качестве катализатора межфазного переноса). Выход соединения (15) во втором синтезе повысился до 53%, структура 3-амино-4-(3-бутан-1-окси)фуразана подтверждена спектральными данными и данными элементного анализа.

НД Ш2 ОСН2СН2ОСН

)—{ НОСН2СН2С^СН " {

N N *" N N

"о" а)КОН, НА ДМФА о

(4)

б)КОНД2СОз,ТБАИ,ТГФ ^

Фуразанилзамещенные диацетилены были получены лишь в условиягх реакции МФК. Экспериментальные данные позволили установить зависимость между устойчивостью диацетиленовых производных фуразана и количеством метиленовых групп в молекуле. Только в результате взаимодействия З-амино-4-нитрофуразаяа с дека-4,6-диин-1,10-диолом были выделены целевые продукты реакции 1,10-ди(3-амино-1,2,5-оксадиазол-4-илокси)дека-4,6-диин (16) и 3-амино-4-(дека-4,6-диин-10-ол-1-окси)-1,2,5-оксадиазол (17) с выходами 23 и 10 %, соответственно.

Спектральные данные и данные элементного анализа подтверждают структуру соединений (16) и (17).

1Щ Ш2

НОСН2СН2СН2С-СС=ССН2СН2СНрН

кон,к2со3,тбаи,тгф

(4)

I12СН2СI ЬС^СС-ССНгСНгСНр^ "" N. ^ N. ^ +

о« 0

Н2Н ОСН2СН2СН2СгССгССН2СН2СН2ОН

ГЛ

N. ^ ° (17)

Надо отметить, что 3-амино-4-(дека-4,6-диин-10-ол- 1-окси)-1,2,5-оксадиазол (17), в отличие от дизамещенного аналога (16), оказался активным в твердофазной топохимической полимеризации. В процессе выделения под действием рассеянного дневного света он приобретает синюю окраску. При взаимодействии З-амино-4-нитрофуразана с окта-3,5-диин-1,8-диолом был выделен лишь продукт монозамещения - 3-амино-4-(окта-3,5-диин-8-ол-1-окси)-1,2,5-оксадиазол (18) с выходом 10%. Также мы получили 7-октен-3,5-диин-1-ол (19), образующийся при деструкции соединения (18), что было подтверждено дополнительным холостым опытом: окта-3,5-диин-1,8-диол перемешивали в системе МФК без З-амино-4-нитрофуразана в течение 2 суток и никаких изменений в реакционной смеси не наблюдали.

н2

N. „N О

(18)

Н2С=СНС=СС= ССН2СН20Н

(19)

Структура соединений (18) и (19) подтверждена спектральными данными и данными элементного анализа.

При использовании в качестве исходного гликоля гекса-2,4-диин-1,6-диола, как и в случае проведения реакции с водным раствором КОН в ДМФА, наблюдаюсь сильное осмоление реакционной смеси, и целевые продукты реакции нуклеофильного замещения не были выделены вообще.

Различное поведение моно- и диацетиленовых соединений в реакциях обусловлено увеличением С-Н кислотности метиленовых протонов, соседних с сопряженной системой двух тройных связей.

Высокая С-Н кислотность метилеиовых протонов соседних с диацетиленовым фрагментом, а также электроноакцепторное влияние фуразанового кольца являются причиной деструкции 3-амино-4-(окта-3,5-диин-8-ол-1-окси)-1,2,5-

НОСН2С=СС=ССН2ОН

-П-

кон,к2со3,тбаи ,тгф

(4)

оксадиазола (18). Возможный механизм процесса можно представить следующим образом:

Н2Ы ОСН2СНтС -СС^ССНзСНзОН

г\ но~

к ^ о (18)

о р-

Н2Т^ ^,0-СН2- СНС=СС=ССН2СН2ОН

н2^он

N. „Ы о

+ Н2С=СНС=ССьССН2СН20Н (19)

Следует сказать несколько слов о масс-спектрометрических особенностях фуразанилсодержащих ацетиленов и диацетиленов. Пути фрагментации под действием электронного удара характеристичные для фуразанов с достаточно простыми заместителями по структуре при цикле (соединение (7)) выражены менее ярко в случае диацетиленовых эфиров фуразанов (16-18). Это объясняется наличием двух тройных связей в структуре этих соединений. Степень непредельности алифатической части этих молекул равна 4, как в молекуле бензола и его производных. Легкость смещения кратных связей по цепи в ионизованных молекулах и возможность протекания циклизаций приводит к тому, что наиболее распространенными (т.е. дающими наиболее интенсивные пики) ионами оказываются "ароматические" ионы, характерные для бензольной ароматики: СпНи+ (147+), С9Н7+ (115+), СкН«"4 (102"), С7Н7+ (91*), С6Н5+(7Г), С3Н5+(65*), С<Н3+(51+), С3Н/(39+).

5. Термохимические свойства фуразанвлсодержащих ацетиленов и

диацетиленов

Следует упомянуть о термохимических характеристиках полученных нами соединений. Для 3,4-14,Ы'-тетрапропаргилднаминофуразана (7) были получены данные дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Эндотермический эффект при 79,38°С (184,57 Дж/г) связан с плавлением вещества. В интервале от 192,22 до 279,18°С наблюдается экзотермический эффект (-198,36 Дж/г), имеющий максимум при 261,85°С и связанный, вероятно, с процессом разложения вещества. После нагревания до 300°С происходит 84,5% потери его массы.

Для этого же соединения (7) была рассчитана теплота образования Ообр. и энтальпия образования ЛНг по методу Г. А. Авакяна. Вычисленная по этой формуле величина С^р. оказалась равной -299 ккал/моль, а ДНг соответственно 299 ккап/моль. Для 1,10-дн(3-амино-1,2,5-оксадиазол-4-илокси)дека-4,6-диина (16) аналогичные величины составили: <Зобр. = -48,2 ккал/моль, дН(- = 48,2 ккал/моль. Очевидно, что фуразан (7) является существенно более энергоемким соединением по сравнению с фуразаном (16) за счет большего количества тройных связей в его структуре.

1. Реализован вариант сочетания фуразанового и ацетиленового фрагментов за счет реакции алкилирования 3,4-диаминофуразана пропаргилбромидом и

ВЫВОДЫ

1-бром-2,4-октадиином с

тетрапропаргилдиаминофуразана днаминофуразана соответственно.

образованием 3,4->},№-

М,М'-ди(окта-2,4-диинил)-3,4-

2. Показано, что 3,4-диаминофуразан подвергается эффективному исчерпывающему алкилированию по обеим аминогруппам при действии аллил- и этилбромида в условиях межфазного катализа.

3. Разработан метод синтеза фуразанилсодержащих простых эфиров ацетиленового и диацетиленового ряда реакцией нуклеофильного ароматического замещения нитрогруппы в З-амнно-4-нитрофуразанс.

4. Найдено, что стабильность фуразанилзамещенных ацетиленовых соединений в существенной степени зависит от числа тройных связей и метиленовых групп при них.

5. Осуществлен синтез по типу реакции Вюрца бис-1,2-(4-метил-1,2,5-оксадиазол-3-ил)этана при действии циклопропиллития на З-бромметил-4-метил-фуразан.

ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

РАБОТЫ

1 .Д. Диелимориба, С. Е. Березина, Л. А. Ремизова, И. Н. Домнип Синтез новых производных 1,2,5-оксадиазола / / Вестн. СПбГУ.-1999.-Сер. 4.-Вып. 4 (№ 25).-С. 98-104.

2. Д. Диелимориба, С. Е. Березина, Л. А. Ремизова, И. Н. Домнип Синтез новых производных 1,2,5-оксадиазола / / Вторая международная конференция молодых ученых "Актуальные тенденции в органическом синтезе на пороге новой эры".-Санкт-Петербург.-28-30 июня 1999.-Тезисы докладов.-С. 68.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата химических наук, Диелимориба Диубате

Введение.

I. Обзор литературы.

1.1. Синтез, особенности строения и реакции алкинов и диинов.

1.1.1. Особенности строения ацетиленов.

1.1.2. Синтез ацетиленов.

1.1.3. Свойства ацетиленов.

1.1.4. Синтез и свойства диацетиленовых соединений.

1.2. Особенности структуры, синтез и свойства 1,2,5-оксадиазолов фур азанов).

1.2.1. Особенности структуры фуразанов.Г.

1.2.2. Основные методы синтеза фуразанов.

1.2.3. Свойства фуразанов.

II. Обсуждение результатов.

II. 1. Синтез исходных соединений.

11.2. Использование алкилзамещенных фуразанов для введения ацетиленовых заместителей.

11.3. Использование 3,4-диаминофуразана для получения соединений ацетиленового ряда.

И.4. Использование З-амино-4-нитрофуразана для получения соединений ацетиленового ряда.

11.5. Топохимическая твердофазная полимеризация диацетиленовых соединений.

11.6. Термохимические свойства фуразанилсодержащих ацетиленов и диацетиленов.

III. Экспериментальная часть.

III. 1. Синтез исходных веществ.

111.2. Реакции на основе 3,4-диметилфуразана.

111.3. Реакции на основе 3,4-диаминофуразана.

111.4. Реакции на основе З-амино-4-нитрофуразана.

Выводы.

Введение диссертация по химии, на тему "Синтез и свойства фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов"

Актуальность темы определяется ведущей ролью ацетиленовых и диацетиленовых соединений в развитии современной теоретической и экспериментальной химии. Нарастающий дефицит нефти позволяет считать разработку новых методов получения органических соединений на базе ацетилена и синтез ранее неизвестных классов последних важной и актуальной задачей. Высокая реакционная способность ацетиленовых соединений позволяет получать на их основе самые разнообразные продукты тонкого органического синтеза. Тройная связь в качестве структурной единицы природных и синтетических соединений часто повышает их биоактивные свойства, расширяет спектр их фармакологического действия, уменьшает токсичность и т.д.

С другой стороны, производные 1,2,5-оксадиазола (фуразана) находят применение в качестве фармацевтических препаратов, реагентов для аналитических определений, исходных соединений для синтеза и модификации полимеров, пропелланов.

Цель работы заключается в разработке методов синтеза фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов, нового класса соединений ацетиленового ряда, и изучении их свойств.

Научная новизна. Впервые разработаны методы синтеза фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов. Выявлена связь между особенностями структуры полученных соединений и их устойчивостью. Обнаружена высокая эффективность межфазного катализа в реакции алкилирования диаминофуразанов через генерацию N-анионов. Практическая ценность работы заключается в получении новых соединений ацетиленового ряда, содержащих в своей структуре фуразановый цикл, имеющих большой потенциал для использования в различных областях органической химии, в особенности химии биологически активных соединений и веществ, обладающих высоким содержанием энергии. На защиту выносятся:

1. Разработка метода синтеза фуразанилзамещенных ацетиленов и диацетиленов реакцией нуклеофильного ароматического замещения

2. Применение метода межфазного катализа для алкилирования сверхслабых оснований посредством генерации N-анионов.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитируемой литературы.

Заключение диссертации по теме "Органическая химия"

Выводы.

1. Реализован вариант сочетания фуразанового и ацетиленового фрагментов за счет реакции алкилирования 3,4-диаминофуразана пропаргилбромидом и 1-бром-2,4-октадиином с образованием 3,4-N,N'-тетрапропаргилдиаминофуразана и ]Ч,М'-ди(окта-2,4-диинил)-3,4-диаминофуразана соответственно.

Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Диелимориба Диубате, Санкт-Петербург

1. Modern Acetylene Chemistry / Ed. P. J. Stang, F. Diederich.-Weinheim: VCH, 1995.-P. 5.

2. Stpozier R. W., Caramella P., Houk R. H. Influence of molecular distortions upon reactivity and stereochemistry in nucleophilic additions to acetylenes / / J. Am. Chem. Soc.-1979.-Vol. 101,N5.-P. 1340-1343.

3. Nicolaides A., Borden W. T. Ab Initio calculations of the relative strengths of the 7r-bonds in acetylene and ethylene and of their effect on the relative energies of rc-bond addition reactions / / J. Am. Chem. Soc.-1991.-Vol. 113, N 18.-P. 67506755.

4. Weber J., McLean A. D. Classical and nonclassical structures of the vinyl cation. An accurate computational determination of their relative stabilities and optimum rearrangement path / / J. Am. Chem. Soc.-1976.-Vol. 98, N 3.-P. 875-876.

5. Kollman P., Nelson S., Rothenberg S. Structure and reactive energies of C2H2X + isomers (X = F, OH, NH2, CI, SH) / / J. Phys. Chem.-1978.-Vol. 82.-P. 1403.

6. Темкин О. H., Шестаков Т. К, Трегер Ю. А. Ацетилен Химия Механизмы реакций Технология.-М: Химия, 1991.-416с.

7. Manceron L., Andrews L. Infrared spectrum of the LiC2H2 molecule in solid argon / / J. Am. Chem. Soc.-1985.-Vol. 107, N 3-4.-P. 563-568.

8. Bum U. H. F. Polyynes-fascinating monomers for the construction of carbon networks / / Angew. Chem, Int. Ed.-1994.-Vol. 33, N 10.-P. 1073-1076.

9. Diederich F. Carbon scaffolding: building acetylenic all-carbon and carbon-rich compounds//Nature.-1994,-Vol. 369.-P. 199-207.

10. Gleiter R., Kratz D. Conjugated Enediynes An old topic in a different light / / Angew. Chem., Int. Ed.-1993.-Vol. 32, N 6.-P. 842-845.

11. Джекобе Т. Л. Синтезы ацетиленов / / Органические реакции / Под ред. Р Адамса, В. Бахмана, Л. Физера и др.-М: ИЛ, 1951.-Сб. 5.-С. 7-92.

12. Левина Р. Я., Викторова Е. А. Методы синтеза ацетиленовых углеводородов / / Реакции и методы исследования органических соединений.-М: Госхимиздат, 1958,-Книга 7.-С. 7-132.

13. Щелкунов А. В. Синтез монозамещенных ацетиленов.-Алма-Ата: Наука, 1970.-155с.

14. Klein J., Gurfinkel E. A Convenient synthesis of 1- and 2-alkynes / / Tetrahedron.-I970.-Vol. 26, N 9-10.-P. 2127-2131.

15. Corey E. J., Wollenberg R. H. A Nucleophilic ethynyl group equivalent and its use in conjugated addition to a, p-enones II J. Am. Chem. Soc.-1974.-Vol. 96, N 17.-P. 5581.

16. Brown С. A., Yamashita A. The acetylene zipper. An exceptionally facile "contrathermodynamic". Multipositional isomerization of alkynes with potassium 3-aminopropylamide / / J. Am. Chem. Soc.-1975.-Vol. 97, N 4.-P. 891-892.

17. SchulteK. E., ReischJ., Herrmann W. //Naturwiss.-1963.-Bd. 50.-S. 32.

18. Heiba E. I., Dessan R. M. Vinyl radical isomerization. II. A new free-radical synthesis of y-lactones with retention of optical activity II J. Am. Chem. Soc.-1967.-Vol. 89, N 9.-P. 2238.

19. Zweifel G., Clark G. M., Whitney Ch. C. A convenient procedure for the conversion of 1-alkynes into alkylcyclopropanes and trans-l-halo-2-alkylcyclopropanes via the hydroalumination reaction II J. Am. Chem. Soc.-1971.-Vol. 93, N 5.-P. 1305-1307.

20. Ziegenbein W. Synthesis of acetylenes and polyacetylenes by substitution reaction //Chemistry of acetylenes / Ed. H. G. Viehe.-New York: Dekker, 1969.-1298p.

21. Wolfe S., Pilgrim W. R., Garrard Т. E., Chamberlain P. N-Bromosuccinimide -induced dimethyl sulfoxide oxidation of acetylenes / / Canad. J. Chem.-1971.-Vol. 49, N 7-8.-P. 1099-1105.

22. ЪЪ.Кирмсе В. Химия карбенов.-М: Мир, 1966.-302c.

23. ЪА.Шостаковский M. Ф., Богданова А. В. Химия диацетилена.-М: Наука, 1971.-524с.

24. Glaser С. Intersuchungen liber einige derivate der Zimmt-Saure / / Lieb. Ann.-1870.-Bd. 154.-S. 137.

25. Ъб.Эглинтон Г., Макрас В. Конденсация ацетиленовых соединений / / Успехи органической химии.-М: Мир, 1966.-Т. 4.-С. 239-342.37 .Кучеров В. Ф., Мавров М. В., Держинский А. Р. Природные полиацетиленовые соединения.-М.: Наука, 1972.-392с.

26. Eglinton G., Galbraith A. R. Cyclic diynes / / Chem. Ind.-1956.-N 7.-P. 737-738.

27. Chodkiewicz W. Contribution a la synthese des composes acetyleniques / / Ann. chim.-1957.-Ser. 13.-V. 2, N 9-12.-P. 819-869.

28. Alami M., Ferri F. Convenient route to unsymmetrical conjugated diynes / / Tetrahedron Lett.- 1996.-Vol. 37, N 16.-P. 2763-2766.

29. Liu Q., Burton D. J. A facile synthesis of diynes / / Tetrahedron Lett.-1997.-Vol. 38, N 25.-P. 4371-4374.

30. Yang Z. Y., Burton D. J. A facile general method for the preparation of fluorinated enynes // Tetrahedron Lett.-1990.-Vol. 31, N 10.-P. 1369-1372.

31. Paton R. M. 1,2,5-Ozadiazoles / / Comprehensive heterocyclic chemistry II / Ed. A. R. Katritzky, C. W. Rees, E. F. V. Scriven.-Oxford, 1996.-Vol. 4.-P. 230 265.

32. Андрианов В. Г., Еремеев А. В. Аминофуразаны / / ХГС.-1984.-№ 9.-С. 11551170.

33. Шереметев А. Б. Нитро и нитроаминофуразаны / / Рос. хим. ж.-1997.-№ 1.-С. 43-54.51 .Olofson R. A., Michelman J. S. Furazan / / J. Org. Chem.-1965.-VoI. 30, N 5-6.-P. 1854-1859.

34. Baldos J., Porter Q. N. Mass Spectrometry of Heterocyclic Compounds.-New York: J.Wiley, 1971.-321p.

35. Borello E., Zecchino A., Guglielminotti E. Gli spettri infrarossi degli 1,2,5-oxadiazoli (furazani) / / Gazz. chim. ital.-1966.-V. 96, N 4-6.-P. 532-541.

36. For rest B. J., Richardson A. W. The ultraviolet absorption spectrum of furazan / /

37. Ruccia M., Vivona N. Mononuclear heterocyclic rearrangements / / Adv. Heterocycl. Chem.-1981.-Vol. 29.-P. 141-169.

38. Андрианов В. Г., Еремеев А. В. Синтез фуразанов путем перегруппировки оксимов З-ацил-окса-2-азолов / / ХГС.-1990.-№ 11.-С. 1443-1457.

39. Андрианов В. Г., Семенихина В. Г., Еремеев А. В. Перегруппировки 1-окса-2-азолов / / ХГС.-1992.-№ 7.-С. 969-973.

40. Shimizu Т., Hayashi Y., Taniguchi Т., Teramura К. Reaction of 3,4-disubstituted 1,2,5-oxadiazole 2-oxides with dipolarophiles / / Tetrahedron.-1985.-Vol. 41, N 4.-P. 727-738.

41. Андрианов В. Г., Семенихина В. Г., Еремеев А. В. Перегруппировки 1-окса-2-азолов / / ХГС.-1991.-№ 7.-С. 827-832.6A.Eicher Th., Hauptmann S. Chemie der Heterocyclen. Struktur, Reactionen und Synthesen.-Stuttgart: G. Thieme Verlag, 1994.-S. 193-205.

42. Л.Целинский И. В., Мельникова С. Ф., Вергизов С. Н. Кислотно-основные свойства 1,2,5-оксадиазолов II. Аминофуразаны / / ХГС.-1981.-№ З.-С. 321324.

43. Целинский И. В., Мельникова С. Ф., Вергизов С. Н., Фролова Г. М. Кислотно-основные свойства 1,2,5-оксадиазолов. I. Метилфуразаны / / ХГС.-1981.-№ 1.-С. 35-37.

44. Sheremetev А. В., Strelenko Y. A., Novikova Т. S., Khmel'nitskii L. I. 1,2,5-Oxadiazoles substituted at ring nitrogen. Part 1. Synthesis and study of 2-ethyl-l,2,5-oxadiazol-3(2H)-ones / / Tetrahedron.-1993.-Vol. 49, N 26.-P. 5905-5914.

45. Sheremetev А. В., Kharitonova О. V., Mel'nikova Т. M., Novikova T. S., Kuz'min V. S., Khmel'nitskii L. I. Synthesis of symmetrical difurazanil ethers / / Mendeleev Commun.-1996.-N 4.-P. 141-142.

46. Sheremetev А. В., Aleksandrova N. S. An efficient synthesis of hydroxyfurazans / / Mendeleev Commun.-1998.-N 6.-P. 238-239.

47. Мельникова С. Ф., Пирогов С. В., Вергизов С. Н., Целинский И. В. Синтез и реакции 3-(2-азидоэтокси)-4-аминофуразана/ / ЖОрХ.-1999.-Т. 35, вып. 1.-С. 143 -145.

48. Шереметев А. Б., Харитонова О. В., Мамаева Е. В. и др. //ЖОрХ.-1999.-Т. 35, вып. 10.-С. 1555- 1566.

49. Пожарский А. Ф. Теоретические основы химии гетероциклов.-М.: Химия, 1985.-С. 209-267.

50. Gunasecaran A., Jayachandran Т., Boyer J. H., Trudell M. L. A convenient synthesis of diaminoglyoxime and diaminofurazan: useful precursors for the synthesis of high density energetic materials / / J. Heterocyclic Chem.-1995.-Vol. 32, N4. P. 1405-1407.

51. Солодюк Г. Д., Болдырев М. Д., Гидаспов Б. В., Николаев В.А. Окисление 3,4-диаминофуразана некоторыми пероксидными реагентами / / ЖОрХ.-1981.-Т. 17, вып. 4.-С. 861-865.

52. Haines А. Н. Methods for the Oxidation in Organic Compounds.-London: Academic Press, 1985.-P. 188.

53. Hey A. S. Oxidative coupling of acetylenes / / J. Org. Chem.-1962.-Vol. 27.-P. 3320-3323.9 9

54. Straus F., Kollek L., Hauptman W. Uber den ersatz position Wasserstoffs durch Halogen. // Chem. Ber.-1930.-B. 63, N 6.-S. 1868-1886.

55. Chodkiewicz W., Cadiot P. Preparation d'alcools diacetileniques vrais II C. r.-1954.-V. 239, N 15.-P. 885-887.

56. Beumel О. F., Harris R. F. Lithiated diamines as metalling agents II J. Org. Chem.-1965.-Vol. 30, N 3.-P. 814-817.

57. Ремизова JI. А., Балова И.А., Фаворская И.А. Прототропная изомеризация диацетиленовых соединений / / ЖОрХ.-1986.-Т. 22, вып. 11.-С.2459-2460.

58. Балова И.А., Ремизова Л. А., Фаворская И.А. Алкилирование терминальных диацетиленов бромидами аллильного и пропаргильного типа / / ЖОрХ.-1990.-Т. 26, вып. 4.-С. 729-731.

59. Балова И.А., Захарова И. В., Ремизова Л. А. Исследование прототропной изомеризации диацетиленовых спиртов / / ЖОрХ.-1993.-Т. 29, вып. 9.-С. 1732-1738.

60. Тахистов В. В. Органическая масс-спектрометрия.-Л.: Наука, 1990.-222с. 9%.Шкловер В. Е., Тимофеева Т. В., Стручков Ю. Т. Реакции в органическихкристаллах//Усп. хим.-1986.-Т. 55, вып. 8.-С.-1282-1318.

61. Виноградов Г. А. Механизм и кинетика полимеризации сопряженных диацетиленов. Физические свойства полидиацетиленов / / Усп. хим.-1984.-Т. 53, вып. 1.-С.-135-175.

62. Мисин В. М, Черкашин М. И. Твердофазная полимеризация мономеров с сопряженными ацетиленовыми группами / / Усп. хим.-1985.-Т. 54, вып. 6,-С.-956-1008.

63. Polydiacetylenes. Synthesis, structure and electronic properties / Ed. D. Bloor, R. R. Chance.-Dordrecht: Nijhoff Publ., 1985.-409p.

64. Нелинейные оптические свойства органических молекул и кристаллов / Под ред. Д. Шеилы, Ж. Зисса.-М.: Мир, 1989.-Т. 2.-С. 5-128.

65. Armitage J. W., Jones E. R. H., Whiting M. C. Researches on acetylenic compounds. XXVIIL A new route to diacetylene and its symmetrical derivatives / /J. Chem. Soc.-1951.-N l.-P. 44-47.

66. Балова И. А., Ремизова JJ. А., Пащенко В. Ю. Синтез ацетиленовых и диацетиленовых диаминов в реакции алкинилирования о-фенилендиамина / / ЖорХ.-1999.-Т.36, вып. 10.-С. 1508-1511.

67. Bogar D. L., Brotherton Ch. E. Preparation of 3-methyl-4-vinyl-l,2,5-oxadiazole and 3-methyl-4-vinyl-l,2,5-thiadiazole / /J. Heterocyclic Chem. 1981, №6. P. 1247- 1249.российская государственная" библиотека