Синтез полицианозамещенных гидрированных производных пиридина взаимодействием 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами и изучение их свойств тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

люсковскип государственный университет ил1. м. в. лолюносова

хил\ическип факультет

клюков

На правах рукописи

СИНТЕЗ П О Л И Ц И Л Н О ЗЛМ Е ГДЕ Н Н ЫХ ГИДРИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ПИРИДИНА

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ 4-ОКСОАЛ КАН-1,1,2,2-ТЕТРАКЛРБОНИТРИЛОВ С 1,3,5-ТРИАРИЛ-2,4-ДИАЗА-1,4-П ЕНТАДИ ЕНАМИ И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СВОЙСТВ (02.00.03 — Органическая химия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москпа — 1997

Работа выполнена на кафедре органической химии и химической технологии органических соединений Чувашского государственного университета им. И. II. Ульянова.

11аучные руководители:

доктор химических паук, профессор Насакин О. Е., кандидат химических наук, доцент Лыщиков А. Н.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Юровская Л\. А., доктор химических наук, профессор Литвинов В. П.

Ведущая организация:

Институт элементоорганнческих соединений РАН им. А. II. Несмеянова

Зашита состоится « 1997 г. в часов

на заседании специализированного Ученого Совета Д.053.05.58 по химическим наукам при Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, В-235, Ленинские гори, мимический факультет МГУ, ауд. 3

С, диссертацией можно ознакомиться в библиотеке химического факультета МГУ им. В. Ломоносова.

Автореферат разослан «

< А/ » ОкггяЪ/?Я

1997 г.

Учении секретарь диссертационного сонета

Шокова Э. А.

3 • : -. . - .

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. В настоящее время химия пиридина и его гидриро-занных аналогов интенсивно развивается усилиями многих исследователей. Од-там из важнейших направлений являются исследования иианосодержаших производных пиридина. Широкий интерес к ним обусловлен способностью цианогрупп к участию в различных реакциях гетероииклизации и возможностью получения при этом сложных аннелированных гетероциклических систем. В этом отношении особый интерес представляют полицианозамещенные гидрированные производные пиридина, так как увеличение числа цианогрупп оказывает существенное атияние на реакционную способность как самих цианогрупп, так и всей молекулы в целом; активирует соседние с цианогруппами углерод-углеродные связи, делая возможным протекание различных реакций рециклизации и пере-групировок. Однако свойства таких соединений практически не изучались, что связано с трудностью их получения классическими методами. В связи с этим актуальным является поиск методов их синтеза на базе других органических полицианидов, таких как тетрацианоэтилен и его производные.

Цель_работы. Целью данного исследования является синтез полицианоза-мещенных производных пиридина на основе взаимодействия 4-оксоалкэн-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с азометиновыми соединениями - 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами и исследование их превращений

Научная новизна и практическая ценность работы. В настоящей работе найдены доступные методы синтеза 1,2,3,4- и 2,3,4,5-тетрагидро-3,3,4,4-тетракарбонитрилов, 3,3,4-трицианотетрагидропиридин-4-карбоксамидов, 2-гидроксипиперидин-3,3,4,4-тетракарбонитрилов и производных пири-до[3',4':3,4]пирроло[1,2-а][1,3,5]триазина на основе взаимодействия 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами. Изучены некоторые превращения полученных веществ, позволяющие синтезировать различные производные пиридина, пирроло[3,4-с]пиридина, диазабииикло[2.2.2]- и [3.2.1]октанов. Для 1,1-диалкокси-3-амино-За,4,5,7а-тетрагидро-1Н-пирроло[3,4-с]пиридин-За,7а-дикарбонитрилов найдена не имеющая аналогов среди подобных соединений реакция сернокислого гидролиза, приводящая к алкил-2-амино-5,6-диалкил-3-цианопиридин-4-карбоксилатам.

Пу б л и ка ции_и_ап роб а ция _ ра б оты. Отдельные части работы доложены на межинститутском коллоквиуме по химии азотистых гетероциклов (Черноголовка,

1995), V и VI Всероссийской студенческой научной конференции(Екатеринбург 1995 и 1996). По материалам работы опубликование пять статей.

выводов, списка литературы, изложенных на 180 страницах и приложения. Работа содержит 11 рисунков, 37 таблиц, 255 ссылок на публикации отечественных и зарубежных авторов. В главе I обобщены литературные данные по методам синтеза и свойсвам циансодержащих производных пиридина. Вторая глава посвящена обсуждению полученных результатов диссертационных исследований. В третьей главе приведены методики проведения экспериментов и характеристики полученных соединений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1. Взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с 1,3,5-триарил-2,4-

диаза-1,4-пентадиенами.

Ранее было показано образование полициносодержащих производных пи-рана при взаимодействии тетрацианоалканонов с альдегидами. В продолжение этих исследований нами изучено взаимодействие тетрацианоалканонов с аналогами альдегидов - азометиновыми соединениями, продуктами конденсации альдегидов с аммиаком. В ходе экспериментов было установлено, что в зависимости от природы используемого растворителя продуктами реакции оказываются соединения различного строения.

октагнаро1шрцдо[3',4':3,4]пирроло[ 1,2-а] [ 1,3,5]трназнн-4Ь,8а-дикарбонитрилов.

Найдено, что при использовании в качестве растворителя ацетонитрила или изопропилового спирта, содержащих незначительное количество воды, взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов 1а-е с 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами 2 в соотношении 1:1 заканчивается образованием 1,3,5-триарил-9-оксо-1,2,3,4Ь,5,6,8а,9-октагидропиридо[3',4':3,4]пирроло[1,2-а][1,3,5]триазин-4Ь,8а-дикарбонитрилов ба-з ( сх. 1).

;. Диссертация состоит из введения, трех глав,

1.1. Синтез 1,3,5-триарил-9-оксо-1,2,3,4Ь,5,6,8а,9-

Схема

R" Н R1

NCWCN CN

O

la-e NH

CN

ArCH-N + "CHAr

ArCH = N'

2a-e

NC CN R4X.CN

•hT J>N

r-^N^At

i h но H

За-в

NH,

R1

NC

O

2a-e r'

H

,N

УС

H

X -H

N N

-W M

N

CN

Ar

Аг Н

4а-в 5а-в 6а-з

3: а) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=Р11; б) Я'+К"=(СН2)4, Аг=2-Ри; в) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=4-ВгС6Н4; 4: а) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=РИ: б) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=2-Ри; в) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=4-МеОС6Н4; 5: а) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=РЬ: б) Я'+Я"=(СН:)4, Аг=2-Ри: в) Я'+Я"=(СН;;)4, Аг=4-МеОС6Н4; 6: а) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=РЬ; б) Я>=Я"=СН3, А^=РЬ: в) Я'=СН3, Я"=Н, Аг=РЬ; г) Я'+Я"=(СН2)3, Аг=РЬ; д) Я'=СН3, Я"=С:Н7, Аг=РИ; е) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=2-Яи: ж) Я'=Я"=СН3, Аг=2-Ри; з) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=4-МеОС6Н4.

Из строения соединений 6 видно, что механизм их образования из кето-нов 1 и азометинов 2 имеет сложный многостадийный характер. Удачным для его установления оказалось то, что в ряде случаев некоторые интермедиаты способны спонтанно выкристаллизовываться из реакционной массы, благодаря чему, реакция может быть прервана на стадии их образования. Так, были выделены 2-арил-6-гидрокси-5,6-тетраметиленпиперидин-3,3,4,4-тетракарбонитрилы За-в и 2-арил-5,6-тетраметилен-3,3,4-трициано-2,3,4,5-тетрагидропиридин-4-карбоксамды 4а-в (сх. 1).

Нами установлено, что соединения 3 и 4 нестабильны, а результатом их самопроизвольного превращения в обоих случаях является образование соответствующих 3-амино-4-арил-1-оксо-6,7-тетраметилен-За,4,5,7а-тетрагидро-1 Н-пирроло[3,4-с]пиридин-За,7а-дикарбонитрилов 5а-в (сх. 1). Пирроло[3,4-с]пиридины 5 в некоторых случаях могут быть так же получены непосредственно при взаимодействии кетонов 1 и азометинов 2 при соотношении реагентов 2:1.

Однако в общем случае этот метод оказался не пригодным для получения соеди нений 5, так как исходные кетоны 1 являются сильными СН кислотами и их из быток обусловливает кислую среду реакционной массы, что, по-видимому, приводит к протеканию побочных реакций.

Нами обнаружено, что соединения 5 легко вступают в реакцию с азомети-нами 2 при смешивании их в изопропиловом спирте или ацетонитриле с образованием соответствующиех триазинов 6 (сх. 1). Таким образом, при взаимодействии аддуктов 1 с диенами 2 в соотношении 1:1 образуются триазины 6, а при соотношении 2:1 - пирроло[3,4-с]пиридины 5, которые в свою очередь в тех же условиях взаимодействуют с диенами 2 с образованием соединений 6. На нац взгляд эти результаты служат веским доказательством того, что соединения 3-i являются интермедиатами при получении триазинов 6.

Основываясь на полученных данных о строении и взаимных превращения; промежуточных соединений 3, 4 и 5 в реакции образования триазинов 6, мь предполагаем следующую схему протекания реакций.

На первой стадии в результате взаимодействия кетонов 1 с азомети нам v 2 в соотношении 2:1 образуются спирть 3, котрые претерпевают элиминирование воды, сопровождающееся гидролизо\ цис-цианогруппы у С-4 атома пипериди-нового кольца, приводя к амидам 4. Гидролиз, по-видимому, протекает как внут-Рис. 1. Молекулярная структура соеди- римолекулярный процесс, так как может нения 3. быть осуществлен в условиях, исключаю-

щих присутствие воды. За такое необычное протекание реакции отвечают особенности строения спиртов 3. Согласно данным рентгеноструктурного анализе (рис. 1.) гидроксильная группа располагается в аксиальной позиции, что предполагает возникновение 1,3 взаимодействия с аксиальной цианогруппой у С-4 атома углерода пиперидинового кольца.

Образующиеся амиды 4, как и спирты 3 малостабильны, так как в результате внутримолекулярного нуклеофильного присоединения амидной группы по циа-ногруппе легко превращаются в соответствующие пирроло[3,4-с]пиридины 5 При этом помимо циклизации протекает изомеризация иминного фрагмента е

более устойчивый енаминный. На заключительной стадии взаимодействие пир-ролов 5 со вторым эквивалентом соответсвующего азометина 2 приводит к образованию конечных соединений 6.

1.2. Синтез 2-арил-5,6-диалкил-1,2,3,4-тетрагидропиридин-3,3,4,4-тетракарбонитрилов.

Как было указано, синтез соединений 5 взаимодействием тетрацианокето-нов 1 с азометинами 2 в соотношении 2:1 в обшем случае не удается. Причиной этого, по-видимому, является кислая среда реакционной массы вызванная присутствием избытка сильной С-Н кислоты 1. В связи с этим, нам представлялось интересным изучить влияние кислотности растворителя на протекание реакции между кетонами 1 и азометинами 2. В результате было найдено новое направление реакции - образование 2-арил-5,6-диалкил-1,2,3,4-тетрагидропиридин-3,3,4,4-тетракарбонитрилов 7а-о (сх. 2), при использовании в качестве растворителя ледяной уксусной кислоты.

Схема 2.

7а-о

7: а) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=РЬ: б) Я'=Я"=СН3, Аг=РЬ: в) Я'=СН3, Я"=Н, Аг=РЬ; г) Я'+Я"=(СН;,)3, Аг=РЬ; д) Я'=СН3, Я"=С3Н7, Аг=РЬ: е) Я'=СН3, Я"=1-С3Н7, Аг=РЬ; ж) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=2-Ри; з) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=4-МеОС6Н4; и) Я'= Я"=СН3, Аг=4-МеОС6Н4; к) Я'=СН3, Я"=Н, Аг=4-МеОС6Н4; л) Я'+Я"= (СН2)3, Аг=4-МеОС6Н4; м) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=2-МеОСбН4; н) Я'+Я"=(СН:)4, Аг=3->Ю2С6Н4; о) Я'+Я"=(СН:)4, Аг=4-ВгС6Н4

Основываясь на структуре синтезированных тетрагидропиридинов 7 можно предположить, что интермедиатами при их получении, как и в случае синтеза триазинов 6 (сх. 1.) ящшются спирты 3. Элиминирование воды из спиртов 3 в этом случае благодаря кислому характеру растворителя протекает, вероятно, по механизму Е1. С предложенной схемой согласуется и то, что спирты За,б при действии уксусной кислоты с высоким выходом превращаются в тетрагидропири-дины 7а,б.

1.3. Синтез 3-арил-1,8-диалкил-6-имино-2,7-дноксабнцикло[3.2Л]о1стан 4,4,5-трикарбонитрилов.

Соединения 7 в уксусной кислоте имеют заметную растворимость, поэтом; несмотря на почти количественное протекание реакции (по данным ТСХ), прак тические выходы обычно не превышают 60 % . Для увеличения выходов был предпринята попытка использовать в качестве растворителя водную уксусну! кислоту. Было обнаружено, что при этом образуются вещества, свойства которы идентичны свойствам соединений, синтезированных ранее взаимодействием тэт рацианокетонов 1 с соответствующими альдегидами. Вероятно, тетрацианокетс ны 1 вступают в реакцию с альдегидами, образующимися в результате гидролиз азометинов 2 (сх. 3). Ранее на основании данных ЯМР |3С, ИК, масс-спектро для этих соединений была предложена структура 12, а для механизма их образо вания - схема включающая интермедмат ¡,, который является структурным ана логом соединений 3.

8: а) И'+Я"=(СН2)4, Аг=РЬ; б) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=3-М02С6Н4; в) Я'+Я"=(СН2)4 Аг=2-Ри; г) Я'=Я"=СН3, Аг=Р1п; д) Я'=СН3, Я"=Н, Аг=РЬ; е) Я'=Я"=СН3 Аг=2-Ри

Проводя аналогию со схемой получения амидов 4, нам показалось стран ным, что замена группы N11 в цикле на атом кислорода способна так влиять н; направление внутримолекулярной циклизации. Не найдя объяснения этому, мь предположили, что при взаимодействии аддуктов 1 с альдегидами или диенами ; в условиях, способствующих их гидролизу образуются 3-арил-1,8-диалкил-6-имино-2,7-диоксабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбонитрилы 8, а не бициклы ¡2 как считалось ранее. Правомерность нашего предположения была подтвержден; доказательством строения бицикла 8а методом РСА.

Схема 3

н cn

О Аг

сг>

8а-е

1.6. Синтез 2-арил-5,6-диалкнл-2,3,4,5-гетрагидропирнднн-3,3,4,4-тетракарбонитрилов.

В связи с тем, что в присутствии оснований спирты 3 легко элиминируют воду с образованием амидов 4, а в присутствии кислот с образованием енаминов 7, мы попытались получить спирты 3 проведением реакции кетонов 1 с азомети-нами 2 в нейтральных растворителях. В результате было обнаружено третье направление реакции - образование 2-арил-5,6-диалкил-2,3,4,5-тетрагидропиридин-3,3,4,4-тетракарбонитрилов 9а-г (сх. 4). Они являются изомерами енаминов 7 по положению двойной связи и изомеризуются в них уже при растворении в полярных органических растворителях, что подтверждает их структуру предложенную на основании данных И К спектров.

Схема 4.

N0 С1-Ч с N

АгСН = !Ч,

нТ и+

СНАг

ArCH = N

2а,б

ц-^м^ГАг

НО А »

CN

н

CN С N Аг

СМ

И'

N I н н

CN СГЧ

С.\

Аг

9а -г

9: а) И'=Я"=СН3, Аг=РЬ; б) Я'=СН3> Я"=Н, Аг=РЬ; в) Я'+Я"=(СН:)3, Ат=РЬ: г) Я'=СН3, 11"=С3Н7, Аг=РЬ.

Естественно предположить, что как и в случае получения соединений 6 и 7, механизм реакции синтеза иминов 9 включает образование промежуточных соединений 3. Элиминирование воды в этом случае, по-видимому, протекает по механизму Е2.

Таким образом, при получении соединений 6, 7, 9 одним из интермедиа-тов является спирт 3. поведение которого в различных растворителях ответственно за неоднозначность протекания дальнейших превращений. Однако механизм образования самого спирта 3 из тетрацианокетонов 1 и азометинов 2 недостаточно ясен. Вероятно, реакция начинается с присоединения сильной С-Н кислоты 1 по С=М связи азометина 2 с получением интермедиата ¡3 (сх. 5). В интермедиате ¡з возможны несколько направлений превращений. Первое из них - внутримолекулярное нуклеофильное присоединение по двойной С=0 связи с образованием интермедиата ¡4. Другое возможное направление - элиминирование альдимина, аналогично расщеплению гидробензамида при его востановлении, с образованием линейной структуры ¡5. Спирты 3 могут получатся как из интермедиатов ¡4

нуклеофильным замещением, так и присоединением тетрацианокетона 1 к аль-димину. При проведении реакции в абсолютном апротоном растворителе, например ацетонитриле, при соотношении реагентов 1а и 2а 2:1 соединение За образуется с ~50%-ным выходом в пересчете на взятый кетон 1а, что указывает н: возможность образования соединения линейной структуры ¡5, увелечение же выхода соединений 3, при проведении реакции в протонных растворителях позволяет предположить, что присоединение протонного растворителя по C=N связ! интермедиата ¡5 может привести к получению соединений 3.

Схема 5.

N0 с^ CN

-оч-н

I CN

И'^Ч»

СМ Hj.CN

CN

+

АгС Н —N

Н искI см ..<.СНАг

СНАг

АгСН-^ 2

N11

I \

. СН. ^

Аг N - С Н Аг

¡т

* 7 н

но с—Аг

Н %М-СНАг ¡4 CN

Н bCN.CN

К"

Н N — С НАг +

N

ноА "

3

CN СМ Аг

+ Н2Оу

/ АгСНО

+ 1

к-^о

СМ СНАг

N

АгС Н ¡5

Таким образом, взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов 1 < 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами 2 первоначально приводит к образованию тетрацианопиперидинолов 3, которые в зависимости от условий проведени« реакции претерпевают превращения в другие полицианозамещенные производные пиридина: 2,3,4,5-тетрагидрокарбоксамцды 4, 1,2,3,4-тетрагидропиридины " и 2,3,4,5-тстрагидропиридины 9. Наличие у этих веществ нескольких реакцион ных центров и недостаточная изученность подобных соединений обусловили по вышенный интерес к дальнейшему исследованию их свойств.

2. Взаимодействие 2-арил-6-гидрокси-5,6-тетраметиленпиперидин-3,3,4,4-тетракарбонитрилов и 2-арил-5,6-тетраметилен-3,3,4-тршшано-2,3,4,5-

тетрагидропиридин-4-карбоксамидов с аммиаком. Как уже было сказано, химические свойства соединений 3 характеризуют^ легким элиминированием воды. При действии различных оснований, в том числ! аминов, они легко превращаются в соответствующие пирроло[3,4-с]пиридины 5 Продолжая исследования, мы обнаружили, что в отличие от замещенных амино!

водный аммиак вступает в реакцию со спиртами 3 с образованием 5-арил-З-имино-1,7-тетраметилен-4,8-дициано-2,6-диазабицикло[2.2.21октан-8-карбоксамидов 10а-в (сх. 6). При изучении их свойств было обнаружено, что устойчивые в кристаллическом состоянии, в растворе они претерпевают дальнейшие превращения, степень и направление которых, зависят от природы используемого растворителя, условий протекания реакции и от природы арильного заместителя. Нагревание или длительное выдерживание соединений 10а-в в изо-пропиловом спирте приводит к образованию одного и того же соединения - 3-амино-6-оксо-1,8-тетраметилен-2,7-диазабицикло[3.2.1]окта-3-ен-4,5-дикарбони-трила 12 (сх. 6). При проведении реакции в ацетоне удается получить 2-арилиденамино-2,3-тетраметилен-6-амино-4,5-дициано-1,2,3,4-тетрагидропиридин-4-карбоксамиды 11а,б (сх. 6). А при выдерживании бицикла 10а, но не 106,в в ацетонитриле при комнатной температуре наряду с соединением 12 с невысоким выходом образуется 2-амино-5,6-тетраметилен-3-цианопиридин-4-карбоксамид 13 (сх. 6). Структуры соединений 116, 12, 13 установлены по данным РСА.

Основываясь на полученных данных, можно предположить, что спирты 3 предварительно превращаются в амиды 4. Далее, в соединениях 4, по-видимому, происходит нуклеофильное присоединение аммиака по С=И двойной связи с последующей внутримолекулярной циклизацией в бицикл 10. Стереохимические условия этого присоединения таковы, что вновь образующаяся С-№ связь образуется в цис-позиции по отношению к карбамоильной группе. Только в этом случае возможно соблюдение стереохимических особенностей соединений 11

и 12 (рис. 2,3)

>ис. 2. Молекулярная структура соединения 11,

Рис. 3. Молекулярная структура соединения 12.

При образовании соединений 11 и 12 определяющей стадией, по-видимому, является гетеролитический разрыв связи С(4)-С(5) бицикла 10. Конечный продукт 12 образуется в результате внутримолекулярного нуклеофильно го замещения в молекуле соединения 11.

Нами экспериментально было показано, что пиридин 13 не может быт! получен из соединения 11 даже при проведении реакции в сильноосновной сре де. Очевидно это связано с тем, что в соединении 11 потенциально уходяши! группы Н и Ы=СНАг или Н и находятся в гош-положении друг к другу

что запрещает элиминирование, соответственно, альдимина или циановодород; по механизму Е2. В сильно основной среде протеканию процесса по анионном; механизму препятствует более быстрый процесс внутримолекулярного нуклео фильного замещения, приводящего к бициклу 12. В связи с этим можно предпо дожить, что причиной образования пиридина 13 яатяется конкурирующая с гете ролитическим расщеплением связи С(4)-С(5) реакция циклоэлиминировани; (ретро реакция Дильса-Альдера) из таутомерной формы (сх. 6) соединения 10 .

10: а) Аг=РЬ; б) Аг=4-МеОС6Н4; в) Аг=2-Ри: 11: а) Аг=РЬ: б) Аг=4-МеОС6Н4.

Схема 6.

В интермедиате ¡7, по-видимому, должно протекать син-элиминирование цианистого водорода. Таким образом, для двух ключевых стадий образования пиридина 13 необходимы совершенно противоположные условия проведения реакции: для первой стадии необходим неполярный растворитель, а для второй стадии полярный, так как элиминирование циановодорода должно протекать, скорее всего, по механизму Е1. Невысокий выход пиридина 13 при проведении реакции в ацетонитриле объясняется протеканием конкурирующего процесса ге-теролитического расщепления связи С(4)-С(5), приводящего к бициклу 12. Это же объясняет неудачу получения пиридина 13 исходя из бицикла 10в. Так как метоксигруппа стабилизирует переходное состояние при гетеролитическом расщеплении и способствует его протеканию в ацетонитриле. Низкий выход пиридина 13 при нагревании в толуоле объясняется медленным протеканием второй стадии в неполярном растворителе и преобладанием поцессов термического разложения, приводящего к осмолению реакционной массы.

3. Изомеризация 2-арил-5,6-тетраметилен-3,3,4-тршщано-2,3,4,5-тетрагидропиридин-4-карбоксамидов при действии кислот. В ходе изучения взаимодействия тетрацианокетонов 1 с азометинами 2 было установлено, что промежуточно образующиеся в этой реакции амиды 4 легко изомеризуются в соответствующие пирроло[3,4-с]пиридины 5 в результате внутримолекулярной циклизации, причем присутствие оснований ускоряет этот процесс. В связи с этим интересно было изучить поведение амидов 4 в кислой среде.

Было обнаружено, что при кратковременном воздействии органических кислот на амиды 4 протекает процесс изомеризации положения двойной связи, приводящий к образованию 2-арил-5,6-тетраметилен-3,3,4-трициано-1,2,3,4-тетрагидропиридин-4-карбоксамидов 14а-в (сх. 7) аналогично показаному ранее превращению иминов 9 в соответствующие енамины 7 (сх. 4). Более длительное воздействие органических кислот или действие серной кислоты приводит к 3-арил-1,8-тетраметилен-6-оксо-2,7-диазабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбони-трилам 15а-в (сх. 7). Амиды 14 при действии серной кислоты также превращаются в бициклы 15. Строение соединений 15 устаноатено методами РСА и ИК спектроскопии. Убедительным доказательством строения соединений 14 является способность их при действии оснований превращатся в соответствующие пирро-ло[3,4-с]пиридины 5, а при действии серной кислоты в бициклы 15.

Исходя из строения полученных соединений и их взаимных превращений, мь полагаем, что реакция, вероятно, начинается с образования промежуточной: карбкатиона ¡8 в результате протонирования субстрата 4 (сх. 7). Направленш дальнейших превращений интермедиата ¡8, очевидно, связано с устойчивостьк его в используемом растворителе. В среде органических кислот, константа ауто-протолиза которых сопоставима с кислотностью интермедиата ¡8, протекает де-протонирование с выделением термодинамически более стабильного основания -енамина 14. В сильнокислой среде серной кислоты карбкатион ¡8 значительно более устойчив, и поэтому с депротонированием может конкурировать реакция внутримолекулярной циклизации с образованием бицикла 15. Енамин 14, как я имин 4 является сопряженным основанием для кислоты ¡8, поэтому в результат« длительного выдерживания соединений 4 или 14 в органических кислотах вследствие равновесия конечным продуктом являетя более устойчивый бицикл 15. Добавление к органическим кислотам воды позволяет ускорить этот процесс.

Схема 7.

ЧА^н^н

Н1Ч Аг

15а-в

14: а) Аг=РИ; б) Аг=4-МеОС6Н4; в) Аг=2-Ри; 15: а) Аг=РЬ; б) Аг=4-МеОС6Н4; в) Аг=2-Яи.

Таким образом, проведение изомеризации амидов 4 в уксусной кислоте в условиях кинетического контроля позволяет получать енамины 14, а в условиях термодинамического - бициклы 15.

4. Взаимодействие 2-арил-5,6-диалкил-1,2,3,4-тетрагидропиридин-3,3,4,4-

тетракарбонитрилов со спиртами, оксимами и тиолами. Ранее отмечалось, что циклические соединения содержащие в кольце тетра-цианоэтильный фрагмент и р-донор в Р-положении способны к разнообразным химическим превращениям благодаря присущей им кольчато-цепной изомерии. Предполагаюсь, что р-донор (обыкновенно N14) в присутствии основания легко

депротонируется образуя сильный нуклеофил (N1, вызывающий гетеролитиче-ское расщепление соседней С-С связи. Стабилизирующим фактором при этом является образование устойчивого за счет резонанса аниона дицианометана. С этой точки зрения представляют определенный интерес синтезированные нами енамины 7. Наличие у них тетрацианоэтильного фрагмента с N4 группой в р-положении позволяет предположить для них также возможность кольчато-цепной изомерии в присутствии основания (сх. 8). В ходе экспериментов было обнаружено, что в метаноле в присутствии метилата натрия енамины 7 претерпевает не раскрытие цикла, а региоселективное присоединение метанола по цианогруппе с последующим образованием З-амино-4-арил-1,1 -диметокси-6,7-диалкил-За,4,5,7а-тетрагидро-1 Н-пирроло[3,4-с]пиридин-За,7а-дикарбонитрилов 16а-з

16: а) Я'+Я"=(СН2)4, Я"'=СН30, Аг=РЬ; б) Я'+Я"=(СН2)3, Я"'=СН30, Аг=РЬ: в) Я'=Я"=СН3, Я"'=СН30, Аг=РЬ; г) Я'=СН3, Я"=Н, Я"'=СН30, Аг=РЬ; д) Я'=СН3, Я"=С3Н7, Я"'=СН30, Аг=РК; е) Я'+Я"=(СН,)4, Я"'=СН30, Аг=4-МеОС6Н4; ж) Я'=Я"=СН3, Я"'=СН30, з) Я'+Я"=(СН2)4, Я"=СН30, Аг=2-Ри; 17: а) Я'+Я"=(СН2)4, Я"'4-Я'"=(ОСН2)2, Аг=РИ; б) Я'=Я"=СН3, Я"'+Я"'=(ОСН2)2, Аг=РЬ; в) Я'=СН3, Я"=Н, Я"'+Я"'=(ОСН:)2, Аг=РЬ; 18: а) Я'+Я"=(СН2)4, Я'"=С4Н95, Аг=РЬ; б) Я'=Я"=СН3, Я'"=С4Н„5, Аг=РИ; в)

(сх. 8).

Схема 8.

В

н н

16а-з, 17а-в, >18а-ж, 19а-е, 20а-г

R'=CH3, R"=H, R'"=C4H9S, Ar=Ph; r) R'+R"=(CH2)4, R'"=C2H5S, Ar=Ph: д) R'=R"=CH3, R'"=C2H5S, Ar=Ph: e) R'=CH3, R"=H, R"'=C:H5S, Ar=Ph; R'=R"=CH3, R'"=C2H5S, Ar=MeOC6Hs; 19: a) R'+R"=(CH2)4, R'"=(CH3)2C=NO, Ar=Ph; 6) R'=CH3, R"=H, R'"=(CH3)2C=NO, Ar=Ph; в) R'+R"=(CH2)4, R'"=C2H3(CH3)C=NO, Ar=Ph; r) R'=R"=CH3, R'"=C2H5(CH3)C=NO, Ar=Ph; д) R'=CH3, R"=H, R'"=C2H3(CH3)C=NO, Ar=Ph; e) R'+R"=(CH2)4, R"'=(CH2)4C=NO, Ar=Ph; 20: a) R'+R"=(CH2)4, R"'=C2H50, Ar=Ph; 6) R'=CH3, R"=H, R"'=C2H50, Ar=Ph: в) R'=CH3> R"=iC3H7, R"'=C2H50, Ar=Ph; r) R'=R"=CHj, R'"=C2H50, Ar=4-MeOC6H4. 23: a) R'+R"=(CH2)4, R'"=CH30, Ar=Ph; 6) R'=R"=CH3, R'"=CH30, Aj=Ph; в) R'+R"=(CH2)3, R"'=CH30, Ar=Ph; r) R'=R"=CH3, R'"=C2H5S, Ar=4-MeOC6H4; д) R'+R"=(CH2)4, R"'+R"'=(OCH2)2, Ar=Ph.

Различие в реакционной способности по сравнению с 2,5-диарил-пирролидин-3,3,4,4-тетракарбонитрилами, по-видимому, обусловлено стабилизацией аниона в результате сопряжения его с двойной связью (сх. 8). В связи с этим реакция нуклеофильного присоединения по CsN связи конкурирует с раскрытием цикла. Взаимодейсивие с другими нуклеофилами - этеленгликолем, этан-, бутантиолами и оксимами кетонов приводит к соответствующим пирро-ло[3,4-с]пиридинам 17а-в , 18а-ж и 19а-е (сх. 8). Нами было обнаружено, что соединения 16-18 легко ацилируются при нагревании их в уксусном ангидриде до 40-50 С0. Продукты реакции - 1,1-диалкокси(тиокси)-6,7-диалкил-4-арил-3-ациламино-3а,4,5,7а-тетрагидро-1н-пирроло[3,4-с]пиридин-3а,7а-дикарбонитрилы 23а-д (сх. 8) легко выделяются при разбовлении реакционной массы смесью пропанол-2 - вода . При выдерживании или нагревании до 30-40 С0 соединений 23 в разбавленной уксусной кислоте регенерируется соответствующие исходные амины 16-18, что является подтверждением строения соединений 23.

Интересный результат был получен при использовании в качестве реагента этанола в присутствии этилата натрия. Было замечено, что реакция соединений 7 с этанолом не всегда приводит к образованию соответствующих пирроло[3,4-с]пиридинов 20, а в некоторых случаях наряду с продуктами присоединения образуются 2-арил-5,6-диалкилпиридин-3,4-дикарбонитрилы 22а-ж (сх. 9). Harpe-

вание и использование эквимольного количества этплата натрия в этих случаях позволяет сделать пиридины 22 единственными продуктами реакции.

Основываясь на строении соединений 22, можно предположить, что в этих случаях этоксид-анион выступает в качестве основания и вызывает раскрытие цикла с последующим образованием интермедиата ¡9 (сх. 9). Это подтверждается тем, что при действии этилата натрия на енамины 7 в апротонном неполярном растворителе (диэтиловый эфир) в ряде случаев удается выделить 3,4-диалкил-6-арил-1,1,2,2-тетрациано-5-аза-3,5-гексадиениды натрия 21а,б (сх. 9), которые при нагревании в диоксане с высоким выходом превращаются в соответствующие пиридины 22. О строении солей 21 можно судить на основании данных ИК спектров и элементного анализа. Кроме того достаточно убедительным доказательством строения солей 21 служит то, что под действием воды они гидролизу-ются, регенерируя исходные соединения 7.

N0

К"

CN

А"

I Аг Н

7

Я'"'

Г НС сн ^^ч-СМ

Т Тс* - Т Тс N

-CN Аг

И" Я'

Схема 9. N0 С*

С:Ч

г4-'

И" 1Г

CN

N

~РГ "Аг 22а-ж

CN

-HCN

Я'

CN CN Н

N0

N = С Н Аг 21а, б

|с1ч-с>

N Аг

И" Я'

N = С Н Аг

21: а) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=РИ; б) Я'=Я"=СН3, Аг=4-МеОС6Н4; 22: а) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=РЬ; б) Я'=Я"=СН3, Аг=РЬ: в) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=4-МеОС6Н4; г) Я'=Я"=СН3, Аг=4-МеОС6Н4; д) Я'+Я"=(СНз)4, Аг=2-МеОС6Н4; е) Я'+Я"=(СН,)4, Аг=2-Ри: ж) Я'+Я"=(СН2)4, Аг=4-ВгС6Н4.

Было замечено, что образованию пиридинов 22 способствует наличие элек-тродонорных фупп в арильном заместителе. Это позволяет предположить, что формирование пиридинового кольца происходит скорее всего как электроциклическая реакция в интермедиате ц , а не как внутримолекулярное нуклеофильное присоединение в анионе 21. Интермедиат ¡9 при этом, вероятно, образуется в результате стабилизации аниона 21 путем элиминирования цианид-аниона. Элек-

- . 18 тродонорная группа в арильном заместителе способствует выравниванию зарядо вой плотности у атомов С(1) и С(6), что благоприятствует протеканию электро циклической реакции. Движущей силой процесса в целом, вероятно, служи элиминирование циановодорода интермедиатом il0 с образованием ароматиче ской системы пиридинов 22 .

Таким образом взаимодействие енаминов 7 со спиртами, тиолами, оксимам! может протекать в двух конкурирующих направлениях. Преобладание какого ли бо из них зависит от соотношения основных и нуклсофильных свойств у реаген тов, а так же от природы арильного заместителя субстрата. В случаях преоблада ния нуклеофильных свойств у реагентов протекает реакция присоединения ш цианогруппе. Если же преобладают основные свойства, образуются пиридинь 22. При использовании этанола, у которого в данном случае нуклеофильные i основные свойства проявляются примерно в равной степени отчетливо наблюдается влияние арильного заместителя субстрата.

5. Синтез алкил 2-амино-5,6-диалкил-3-циалопиридин-4-карбоксилатов.

Необычный результат получен при исследовании гидролиза 1,1-диалкокси-3-амино-3а,4,5,7а-тетрагидро-ш-пирроло[3,4-с]пиридин-3а,7а-дикарбонитрилов 16-17 в присутствии серной кислоты. По данным РСА, а также ИК и масс-спектроскопии было установленно образование алкил-2-амино-5,6-диалкил-3-цианопиридин-4-карбоксилатов 24а-д (сх. 10). Анализ ранее исследованых соединений с 2-амино-3,4-дициано-5,5-диалкоксипирролиновым фрагментом, гидролиз которых приводит к соответсвующим имидам показал, что единственныд/ существенным отличием соединений 16-17 является наличие кратной связи имеющей отчетливо выраженный енаминный характер, в непосредственной близости от пирролинового фрагмента. В связи с этим можно предположить, чте ключевым моментом, предопределяющим путь последующих превращений, является дополнительная стабилизация получающегося при расщеплении пироллино-вого кольца карбанионого центра л-орбиталью двойной связи (сх. 10). При этом происходит увелечение частичного положительного заряда у атома С(6) тетрагид-ропиридинового кольца, что благоприятсвует протеканию внутримолекулярного присоединения амидинового фрагмента. Образующийся в результате этих превращений карбкатион iM стабилизируется путем формирования сложноэфирной группы, приводя к интермедиату i(2, который является структурным аналогом

бициклов 10, (сх. 6, разл. 2) и в условиях реакции также нестабилен. Для интер-медиата ¡,2 можно предположить два механизма элиминирования альдимина: либо постааийное отщепление через интермедиат ¡,3, либо синхронное циклоэли-минирование через таутомерную форму 1,4 (сх 10).

ИО

Схема 10. гт

I н н

I Н

н

С N

N Н-,

НС N

^С N

СОЗ

N

24а-д

24: а)Я=СН3, Я'+Я"=(СН2)4; б) Я=Я'=Я"=СН3; в) Я=Я'=СН3, Я"=Н: г) Я=СН3, Я'+Я"=(СН2)3; д) Я=НОСН2СН2, Я'+Я"=(СН:)4.

Наличие у соединений 24 различных функциональных групп предполага широкие возможности для для их синтетического использования. При исслед вании свойств этих соединений мы обнаружили, что они взаимодействуют с а: миаком и гидразином с участием цианогруппы и образованием соответсвующ! пирроло[3,4-с]пиридинов 25а-в и пиридо[3,4-с1]пиридазинов 26а-в (сх. 11).

Схема 11

сн,о о

у мн

14' ~!ЧН-С(Ме)-СНК 27а-е

25,26: а) Я'+Я"=(СН2)4; б) Я'=Я"=СН3; в) Я'=СН3, Я"=Н. 27: ; Я'+Я"=(СН2)4,Я=СООС2Н5; б) Я'=Я"=СН3, Я=СООС2Н5; в) Я'=СН3, Я"=Р Я=СООС2Н3; г) Я'+Я"=(СН2)4, Я=СОСН3; д) Я'=Я"=СН3, Я=СОСН3; « Я'=СН3, Я"=Н, Я=СОСН3. 28: а) Я'+Я"=(СН2)4; б) Я'=Я"=СН3; в) Я'=СН Я"=Н.

Амины и замещенные гидразины в аналогичную реакцию с соединениям 24 вовлеч не удалось, вероятно из-за стерических препятствий.

Аминогруппа соединений 24 в значительной степени дезактивированна следствие влияния двух электроноакцепторных заместителей у пиридиновог кольца, тем не менее ее удалось вовлечь в реакцию с Р-дикарбонильными соед[ нениями при катализе толуолсульфокислотой с образованием енаминов 27а-е (с: 11).При взаимодействии соединений 24 с формамидом образуются пиридо[2,: <3]пиримидины 28а-в (сх. 11).

Таким образом, найдено необычное направление процесса гидролиза 5,^ диалкокси-2-аминопирролинового фрагмента, позволившее синтезировать ал кил

2-амино-3-цианопиридин-4-карбоксилаты, которые могут быть использовании при получении более сложных конденсированных гетероциклических систем.

ВЫВОДЫ.

1. Разработаны препаративные способы получения 2-арил-5,6-диалкил-1,2,3,4-тетрагидропиридин-3,3,4,4-тетракарбонитрилов, 2-арил-5,6-диалкил-2,3,4,5-тетрагидропиридин-3,3,4,4-тетракарбонитрилов и 1,3,5-триарил-9-оксо-1,2,3,4Ь,5,6,8а,9-октагидропиридо[3',4':3,4]пирроло[1,2-а][1,3,5]триазин-4Ь,8а-ди-карбонитрилов, образование которых при взаимодействии 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами определяется кислотно-основными свойствами используемого растворителя.

2. Показано, что синтез 1,3,5-триарил-9-оксо-1,2.3,4Ь,5,6,8а,9-октагидропиридо-[3',4':3,4]пирроло[1,2-а][1,3,5]триазин-4Ь,8а-дикарбонитрилов протекает через интермедиаты - 2-арил-5,6-диалкил-3,3,4-трициано-2,3,4,5-тетрагидропиридин-4-карбоксамиды, ключевым моментом образования которых является внутримолекулярный гидролиз одной из цианогрупп.

3. Обнаружено, что 2-арил-5,6-диалкил-3,3,4-трициано-2,3,4,5-тетрагидро-пиридин-4-карбоксамиды стереоселективно присоединяют аммиак с образованием 5-арил-3-и.мино-1,7-тетраметилен-4,8-дициано-2,6-диазабицикло[2.2.2]октан-8-карбоксамидов.

4. Найдено, что 5-арил-3-имино-1,7-тетраметилен-4,8-дициано-2,6-диазаби-цикло[2.2.2]октан-8-карбоксамиды способны в зависимости от природы арильно-го заместителя и условий реакции превращаться в 2-арилиденамино-2,3-тетраметилен-6-амино-4,5-дициано-1,2,3,4-тетрагидропиридин-4-карбоксамиды и далее в 3-амино-6-оксо-1,8-тетраметилен-2,7-диазабицикло[3.2.1]окта-3-ен-4,5-дикарбонитрил или в 2-амино-5,6-тетраметилен-3-цианопиридин-4-карбоксамид.

5. Установлено, что 2-арил-5,6-диалкил-3,3,4-трициано-2,3,4,5-тетрагидро-пиридин-4-карбоксамиды изомеризуются при действии кислот, при этом в кинетически контролируемых условиях образуются 2-арил-5,6-диалкил-3,3,4-трициано-1,2,3,4-тетрагидропиридин-4-карбоксамиды а при термодинамически контролируемых - 3-арил-1,8-тетраметилен-6-оксо-2,7-диазабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбонитрилы.

6. Обнаружено, что в зависимости от соотношения у реагентов нуклеофильных и основных свойств 2-арил-5,6-диалкил-1,2,3,4-тетрагидропиридин-3,3,4,4-

тетракарбонитрилы вступают в реакцию присоединения по цианогруппам с образованием 3-амино-4-арил-1,1-ди{Яокси(тио)}-6,7-диалкил-За,4,5,7а-тетра-гидро-1Н-пирроло[3,4-с]пиридин-За,7а-дикарбонитрилов либо реакцию дигидроциани-рования с образованием 2-арил-5,6-диалкилпиридин-3,4-дикарбонитрилов. 7. Отмечено необычное протекание сернокислого гидролиза 3-амино-4-арил-1,1-диалкокси-6,7-диалкил-3а,4,5,7а-тетрагидро-1н-пирроло[3,4-с]пиридин-3а,7а-дикарбонитрилов сопровождающееся перефуппировкой и приводящее к ал к ил 5,6-диалкил-2-амино-3-цианопиридин-4-карбоксилатам.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Каюков Я.С., Насакин O.E., Урман Я.Г., Хрусталев В.Н., Нестеров В.Н., Антипин М.Ю., Лыщиков А.Н., Лукин П.М. Взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами. Синтез 2-арил-1,2,3,4-тетрагидропиридин-3,3,4,4-карбонитрилов и 1,3,5-триарил-9-оксо-1,2,3,4Ь,5,6,8а,9о1стагидропиридо[3',4':3,4]пирроло[1,2-а]триазин-4Ь,8а-дикарбонитрилов.//Химия гетероцикл. соедин..-1996.-Ко 10.-С.1395-1410.

2. Каюков Я.С., Лукин П.М., Насакин O.E., Хрусталев В.Н., Нестеров В.Н., Антипин М.Ю., Шевердов В.В. Уточнение структуры продуктов взаимодействия 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с альдегидами.// Химия гетероцикл. со-един.- 1997.-№ 4.-С. 497-499.

3. Каюков Я.С., Насакин O.E., Урман Я.Г., Хрусталев В.Н., Нестеров В.Н., Антипин М.Ю., Лыщиков А.Н., Лукин П.М. Изомеризация 2-арил-5,6-тетраметилен-3,3,4-трициано-2,3,4,5-тетрагидропиридин-4-карбоксамидов при действии кислот.//Химия гетероцикл. соедин.-1997.-№ 4.-С. 528-532.

4. Каюков Я.С., Насакин O.E., Урман Я.Г., Хрусталев В.Н., Нестеров В.Н., Антипин М.Ю., Лыщиков А.Н., Лукин П.М. Два направления взаимодействия 2-арил-1,2,3,4-тетрагидропиридин-3,3,4,4-тетракаробонитрилов. Синтез З-амино-4-арил-1,1-ди[Я-окси(тио)]-6,7-диалкил-За,4,5,7а-тетрагидро-1Н-пирроло[3,4-с]пиридин-3а,7а-дикарбонитрилов и 2-арил-5,6-диалкилпиридин-3,4-дикарбонитрилов.// Химия гетероцикл. соедин.-1997.-№ 3.-С.367-375.

5. Каюков Я. С., Лукин П. AV.. Пасакнн О. Е., Урман Я. Г., Хруста-лев В. Н., Нестеров В. Н., Антипин М. Ю., Шевердов В. В. Взаимодействие 2-арил-6-гндроксн-5,6-тетраметиленпиперид1ш - 3,3,4,4-тетракарбонит-рилов и 2-арнл-5,6-тетраметилен-3,3,4-трнциано - 2,3,4,5-тетрагидропнридин-•1-карбоксамидов с аммиаком.//Химия гетероцикл. соедшг.—1997.—Лз 4.— С. 533—511.

G. Насакпн О. Е., Каюков Я. С., Лукин П. М., Лыщиков А. Н. Синтез и некоторые свойства 2-арил-1,2,3,4-тетрагндроп при дин-3,3,4,4-тетракарбо-шггрилоп.//Тез. докл. участников межннститутското коллоквиума по химии азотистых гетероииклов.—Черноголовка.—1995.—С. 110.

7. Утейкип П. С., Андреева А. И., Насакпн О. Е., Лукин П. М., Лн-щиков А. II., Каюков Я. С. Взаимодействие 4-оксоалкан-1,1.2,2-тетракар-боннтрилов с гидробепзамидом. // Проблемы теоретической и экспериментальной химии. Тезисы докладов V Всероссийской студенческой научной конференции.—Екатеринбург.—1995.—С. 94.

8. Толканева И. В., Филимонова О. В., Каюков Я. С., Яшканова о. В.. Лукин П. Ai. Синтез и свойства 3,3/М-тстран.иапо-1.2,3,4-тетрагидропнри-,!!.::ои. // ! 1роблемы теоретической в экспериментальной химии. Тезисы докладов VI Всероссийской студенческой научной конференции. — Екатеринбург. — 1996. — С. 07.

Формат 60X81/16. Обье.м 1 п. л. Тираж 100 экз. Заказ .V? 531. Издательство Чувашского государственного университета им. П. II. Ульянова Тппо[ рафия издательства. -128015, Чебоксары, Московский просп., 15.