Синтез индолов, индазолов и некоторых других бензаннелированных гетероциклических соединений на основе 2,4,6-тринитротолуола тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Введение.

I. Литературный обзор.

1.1. Взаимодействие 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) с нуклеофилами.

1.1 .а. Взаимодействие ТНТ с О-нуклеофилами.

1.1 .Ь. Взаимодействие ТНТ с Э-нукпеофилами.

1.1 Взаимодевие ТНТЫ-нуклеофилами.

1.1.с1. Взаимодействие ТНТ с Р-нуклеофилами.

1.1.е. Взаимодействие ТНТ с С-нуклеофилами.

1.1 Взаимодействие ТНТ с источниками гидрид-иона.

1.2. Взаимодействие ТНТ с электрофилами.

II. Синтез индолов, индазолов и некоторых других бензаннелированных гетероциклических соединений на основе 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ).

Обсуждение результатов).

11.1. Стратегия синтеза.

И.2. Синтезы на основе продуктов конденсации ТНТ и его производных с альдегидами.

11.2.а. Взаимодействие с ароматическими альдегидами.

М.2.Ь. Взаимодействие с алифатическими альдегидами.

И.2 О причинах региецифични замещения нитрогруппы в 2,4,6тринитростильбенах и 2,4,6-тринитростироле.

И.2.<± О нитроиндолах (краткий обзор литературы).

11.3. Синтезы на основе С-(2,4,6-тринитрофенил)-М-Р-азометинов.

II.3.а. Взаимодействие С-(2,4,6-тринитрофенил)-М-1Ч-азометинов с азидом натрия. Синтез 2-замещенных 4,6-динитро-2Н-индазолов.

П.З.Ь. Взаимодействие С-(2,4,6-тринитрофенил)-Ы-Р-азометинов с эфиром тиогликолевой кислоты. Синтез 3-ариламино-4,6-динитробензо[Ь]тиофен-2метилкарбоксилатов.

11.3 О взаимодевии С-(2,4,6-тринитрофенил)-Ы-К-азометинов с ариламинами.

11.4. Синтезы на основе 2,4,6-тринитрофенилуксусной кислоты.

III. Выводы.

IV. Экспериментальная часть.

Настоящая работа выполнена в рамках программы по химической утилизации наиболее массового взрывчатого вещества 2,4,6 - тринитротолуола (тротила, ТНТ).

Задачей программы является превращение ТНТ в многоцелевое доступное химическое сырье. Актуальность программы связана с необходимостью утилизации устаревших (с просроченным сроком годности) боеприпасов, основным взрывчатым веществом которых является ТНТ.

Наиболее привлекательным путем утилизации ТНТ является его использование в качестве исходного вещества для получения ценных продуктов различного назначения (мономеров и полимеров на их основе, красителей, биологически активных веществ для медицины и сельского хозяйства и др.). Решение этих задач возможно лишь при создании научных основ направленного синтеза ароматических и гетероциклических соединений различных типов на основе ТНТ. Настоящая работа является составной частью такого рода систематических исследований, проводимых в лаборатории ароматических азотсодержащих соединений № 18 ИОХ РАН, причем таких, которые направлены на синтез новых гетероциклических систем.

Работа выполнена при финансовой поддержке Международного научно-технического центра ОЭТС), Проект № 419.

Целью работы является разработка на основе ТНТ новых методов синтеза ряда полифункциональных Ы-, О-, Э-аннелированных гетероциклических соединений с ранее неизвестным сочетанием функциональных заместителей, которые могут быть полезны для синтеза новых биологически активных веществ.

В результате проведенного исследования, на основе ТНТ, созданы новые способы получения замещенных индолов, индазолов и некоторых других бензаннелированных гетероциклов путем трансформации метильной группы ТНТ и нуклеофильного замещения орто-нитрогруппы.

Тем самым впервые разработаны общие методы синтеза ранее неизвестных:

• 4,6 - динитро - и 4 - К - сульфонил - 6 - нитроиндолов и их 7 -аминопроизводных;

• 2 - замещенных 4,6 - динитро -2Н- индазолов;

• эфиров 1 - арил - 4,6 - динитро - 1Н - индазол - 2 - карбоновых кислот;

• 4,6 - динитро - и 4 - сульфонил - 6 - нитро - 2,3 - дигидробензо[Ь]фуранов с группировками ССЬ и СРз в положении 2.

При этом, впервые осуществлено региоспецифическое нуклеофильное замещение орто-нитрогруппы в 1 - 7. - 2,4,6 - тринитробензолах {2 = СН=СН[Ч, СН=ЫР) и их орто-сульфонильных аналогах, а также региоспецифическое аминирование 4,6 - динитро - и 4 - К - сульфонил - 6 - нитроиндолов.

1.1. Литературный обзор.

Основным направлением исследований в настоящей работе является трансформация 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) под действием электрофильных и нуклеофильных реагентов с последующей циклизацией образующихся продуктов или их производных. Поэтому, литературный обзор посвящен анализу литературных данных по взаимодействию ТНТ как с нуклеофилами, так и с элетрофилами.

ТНТ, благодаря наличию трех нитрогрупп в ароматическом цикле, обладает электрофильными свойствами и поэтому склонен реагировать с нуклеофилами.

Основным направлением превращений ТНТ под действием основных нуклеофилов является:

1) Образование стабильных анионных а-комплексов (АК) за счет присоединения нуклеофилов к ароматическому циклу, обычно к атому С-3.

1.1. Взаимодействие 2.4.6-тринитротолуола

ТНТ) с нуклеофилами. N11"

N02 ТНТ

N02

В некоторых случаях возможно присоединение еще одной молекулы нуклеофила с образованием двухзарядного аниона. Химические превращения а-комплексов ТНТ практически не изучались.

2) Отщепление протона от метильной группы ТНТ под действием нуклеофилов с образованием 2,4,6-тринитробензильного аниона (ТНБА).

-1ЧиН

Ы02 ТНТ ыо2

ТНБА

Образование АК и ТНБА являются обратимыми реакциями:

ТНТ + N11

АК (1)

ТНТ + Ми

РюСН2" + 1ЧиН (2)

- константа скорости образоования АК (Ь/тоЬэ) кс! - константа скорости распада АК (б"1)

Как - константа комплексообразования (1/то1)

Кр, К.р - константы скорости кислотной диссоциации ТНТ и протонирования

ТНБА соответственно (1/то1*5 или э"1)

Ка - константа диссоциации ТНТ под действием нуклеофила

Превращения ТНТ за счет реакций нуклеофилов по нитрогруппе встречаются очень редко, если не считать восстановления нитрогруппы под действием нуклеофилов-восстановителей, которое здесь не рассматривается. Ниже будут рассмотрены превращения ТНТ под действием 0-, Б-, N1-, Р- и С-нуклеофилов, а такке источников гидрид-иона. В каждом из разделов будут рассмотрены все реализованные превращения ТНТ с данным типом нуклеофилов.

Апкоголяты в среде соответствующих спиртов реагируют с ТНТ при комнатной или более низкой температурах, давая стабильные анионные а-комплексы (1) за счет присоединения ГЮ" в положение 3.

III. Выводы

1. С целью развития научных основ направленного синтеза соединений различных классов на основе 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) выявлена возможность новых цикпоконденсаций ряда производных ТНТ с образованием 1М-, О- и Б-бензаннелированных гетероциклов.

2. Разработан общий способ получения ранее неизвестных 2-арил(гетарил)-4,6-динитро- и 2-арил(гетарил)-4-1Ч-сульфонил-6-нитроиндолов, а также незамещенного 4,6-динитроиндола, основанный на селективном замещении орто-нитрогруппы на азидную группу в продуктах конденсации ТНТ и его орто-сульфонильных аналогов с альдегидами. Осуществлено региоселективное нуклеофильное аминирование ди- и мононитроиндолов.

3. С помощью селективного нуклеофильного замещения орто-нитрогруппы в С-(2,4,6-тринитрофенил)-М-РЧ-азометинах, полученных из ТНТ, разработаны общие методы синтеза ранее неизвестных: а) 2-арил- и 2-арил(алкил)амино-2Н-4,6 динитроиндазолов;

Ь) эфиров 3-ариламино-4,6-динитробензо[Ь]тиофен-2-карбоновых кислот.

4. Разработан способ получения эфиров 1-арил-4,6-динитро-1Н-индазол-3-карбоновых кислот, заключающийся в конденсации синтезированного из ТНТ эфира 2,4,6-тринитрофенилуксусной кислоты с солями арилдиазония с последующей спонтанной циклизацией образовавшихся арилгидразонов.

5. Разработан способ получения 4,6-динитро-2,3-дигидробензо[Ь]фуранов с трихлор- или трифторметильной группировкой в положении 2, заключающийся во внутримолекулярной циклизации соответствующих 2-пикрил-1-тригалогенметилэтанолов-продуктов конденсации ТНТ с хлоралем или фторалем.

IV. Экспериментальная часть.

Общая методика получения стильбенов [^-1-(2,4,6-тринитрофенил)-2-арилэтенов] 1(а-к). К раствору ТНТ (10 ммоль) и соответствующего ароматического альдегида (10.1 ммоль) в бензоле (50 мл) добавили пиперидин (5-10 капель) и кипятили смесь с обратным холодильником и насадкой Дина-Старка до полного исчезновения исходного ТНТ (примерно 6ч, ТСХ). После отгонки растворителя твердый остаток перекристаллизовывали из подходящего растворителя.

Общая методика получения азидов [(Е)-1-(2-азидо-4,6-динитрофенил)-2-арилэтенов] 2(а-к). К перемешиваемому раствору стильбена 1а-к (10 ммоль) в абсолютном ДМФА (20 мл) добавили мелкорастертый №N3 (11 ммоль) в одну порцию. Раствор продолжали перемешивать еще 4ч (ТСХ) при комнатной температуре. Реакционную массу выливали в холодную воду (200 мл), выпавший осадок отфильтровывали и перекристаллизовывали.

Общая методика получения индолов [2-арил и 2-гетарил-4,6-динитроиндолов] З(а-к). Азиды 2 (1 г) помещали в 100 мл нитробензола или этиленгликоля и перемешивали при 160-170 °С в течение 1ч. После окончания выделения газа, нитробензол отгоняли в вакууме, а твердый остаток промывали гексаном и перекристаллизовывали. В случае этиленгликоля, реакционную массу выливали в холодную воду (200 мл), отфильтровавыли выпавший осадок и перекристаллизовывали.

Фотолиз азида 2Ь. Азид 2Ь (0.5 г) растворяли в бензоле (50 мл) и облучали ртутной лампой без фильтра около 8ч, до полной конверсии исходного азида (ТСХ). Выпавшие кристаллы отфильтровывали и перекристаллизовывали из изопропилового спирта.