Синтез, структура и химические свойства замещенных 2-амино-4Н-пиранов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Введение.

1. Литературный обзор «Синтез и биологическая активность замещенных 2-амино-4Н-пиранов».

1.1. Синтез неаннелированных 2-амино-4Н-пиранов.

1.1.1. Взаимодействие непредельных нитрилов с ациклическими 1,3-Дикарбонильными соединениями.

1.1.2. Взаимодействие нитрилов, содержащих активную метиленовую группу и а,Р-непредельных карбонильных соединений.

1.1.3. Иные методы синтеза замещенных 2-амино-4Н-пиранов.

1.2. Синтез 2-амино-4Н-бензо[£]пиранов.

1.3. Получение 2-амино-4Н-пиранов, аннелированных с гетероциклами.

1.3.1. Синтез пиранопиразолов.

1.3.2. Производные пирона-2, пиридина и индол в синтезе аннелированных пиранов.

1.3.3. Получение пиранопиримидинов.

1.4. Синтез спиросоединений, содержащих пирановый цикл.

1.5. Биологическая активность замещенных 2-амино-4Н-пиранов.

2. Обсуждение результатов.

2.1. Синтез замещенных 2-амино-4-арил(гетарил)-3-циано-4Н-пиранов на основе ароматических альдегидов, малононитрила и эфиров ацето- и бензоилуксусной кислот.

2.2. Одностадийный метод синтеза замещенных 2-амино-5,6,7,8-тетрагидро-4Н-бензопиранов.

2.3. Региоуправляемый синтез аннелированных4Н-пиранов.

2.4. Одностадийный синтез замещенных 2-амино-4Н-(бензо)хроменов.

2.5. Синтез замещенных 6-амино-4-арил-5-циано-2Н,4Н-пирано[2,3-с]пиразолов.

2.6. Синтез 5-амино-3-арил-7-арилиден-ЗН-пирано[3,2-с]пиперидинов и 2-амино-4-арил-8-арилиден-4Н,7Н,8Н-пирано [3,4-6] пиранов.

2.7. 4-Гидроксигетероциклы как карбонильные соединения в трехкомпонентной конденсации.

2.8. Одностадийный синтез замещенных 6-амино-4-спиро-(1 -Я-пиперидин-4)-5-циано-2Н,4Н-пирано [2,3 -с]пиразо лов.

3. Экспериментальная часть.

4. Выводы.

Актуальность проблемы:

Соединения, содержащие пирановый цикл, по объему имеющейся о них информации и по количеству структур, созданных природой и синтезированных человеком, занимают одно из лидирующих мест в химии гетероциклических соединений.

Они играют значительную роль в различных биологических процессах. Их биологическая активность в большой степени зависит от их строения, а именно от наличия заместителей в пирановом цикле, от аннелирования пиранового цикла с другими циклами, от расположения атома водорода во втором или четвертом положении. Особое место среди замещенных пиранов принадлежит 2-амино-4Н-пиранам, содержащим в третьем положении нитрильную, сложноэфирную, амидную или другие функциональные группы. Такие соединения чрезвычайно интересны и полезны для синтеза аннелированных пиранов. На практике эти соединения применяют как лекарственные препараты, красители, пигменты, сельскохозяйственные и ветеринарные средства.

Получают 2-амино-4Н-пираны, как правило, в две стадии. Сначала из альдегидов или кетонов и производных циануксусной кислоты по реакции Кневенагеля получают замещенный а,(3-непредельный нитрил. Далее проводят реакцию между полученным нитрилом и 1,3-дикарбонильным соединением. Однако этот метод имеет существенные недостатки, так как постадийный синтез требует выделения непредельных нитрилов, которые являются токсичными, а бензилиденмалононитрилы и вовсе являются аналогами боевых отравляющих веществ, таких как «CS». Работа с подобными соединениями требует особых навыков и дорогостоящего оборудования, в связи с чем актуальной задачей явилась разработка общего региоселективного одностадийного метода синтеза замещенных 2-амино-4Н-пиранов.

Целью диссертационной работы является;

- Всестороннее изучение реакций 1,3-Дикарбонильных соединений, альдегидов или кетонов с производными циануксусной кислоты;

- Изучение реакций карбоциклических и гетероциклических карбонильных соединений с альдегидами или кетонами и производными циануксусной кислоты;

- Изучение строения полученных соединений и установление региоселективности проведенных реакций;

- Разработка региоселективного одностадийного метода синтеза замещенных 2-амино

4Н-пиранов.

Научная новизна и практическая ценность.

На основе всестороннего изучения трехкомпонентной конденсации 1,3-.дикарбонильных соединений, карбо- и гетероциклических карбонильных соединений с альдегидами или кетонами и производными циануксусной кислоты разработаны общие методы синтеза замещенных 2-амино-4Н-пиранов.

- Установлено, что реакция циклогексанона с арилиденмалононитрилами или с альдегидами и малононитрилом приводит к замещенным 2-амино-4-арил-3,4,4а,5,6,7-гексагидро-1,3,3-трицианонафталинам, а не 2-аминохроменам, как это ошибочно считали ранее.

- Установлено, что в описываемой трехкомпонентной конденсации резорцин и 3-аминофенол присоединяются к арилметиленмалононитрилам 6-ым положением, а не 2-ым и дальнейшая циклизация приводит к 7-гидрокси- или 7-аминохроменам, а не к хроменам, замещенным в 5-ом положении, как это ошибочно утверждали ранее.

- Показано, что трехкомпонентная конденсация 3-замещенных пиразолонов-5 с альдегидами и производными циануксусной кислоты приводит к 6-амино-4-арил-5-циано-2Н,4Н-пирано[2,3-с]пиразолам, а не к 6-амино-4-арил-5-циано-1Н,4Н-пирано[2,3-с]пиразолам, как это считали ранее.

- Разработан одностадийный метод синтеза ранее неизвестных 4-спиро-(4-пиперидино)-пирано [3,2-с] пиразо лов.

- На основе 2,6-диарилиденпиперидонов-4 или 2,6-диарилиденпиранонов-4 разработан метод синтеза аннелированных 2-амино-4Н-пиранов с пиперидиновым или тетрагидропирановым циклами.

- Показано, что в отличие от 2-хлор-, 2-бром-, 2-иодбензальдегидов реакция 2-хлор-З-хинолинового альдегида с малононитрилом и 1,3-циклогександионами протекает с образованием как 7Н-хромено[2,3-£]хинолинов, так и 2-аминохроменов. В аналогичных реакциях 5-формил-4,6-дихлорпиримидина с малононитрилом и 1,3-циклогександионами, не зависимо от порядка смешения реагентов, в обоих случаях продуктами являются 5Н-хроменопиримидины.

- С использованием современных методов физико-химического анализа (ИК-, ЯМР спектроскопий, РСА) установлено, что все трехкомпонентные конденсации 2-нитробензальдегида, карбонильных соединений и производных циануксусной кислоты приводят к образованию только одного инвертомера 4Н-пиранов - сгда-перипланарного изомера 4-(2-нитрофенил)-4Н-пирана.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы были представлены на Седьмом симпозиуме по химии гетероциклов "Blue Danube" (Eger, Hungary, 1998), на Второй международной конференции молодых ученых "Актуальные тенденции в органическом синтезе на пороге новой эры" (Санкт-Петербург, Россия, 1999), на конференции "Молодежная научная школа по органической химии (Екатеринбург, Россия, 2000) и на Третьем Всероссийском симпозиуме по органической химии "Стратегия и тактика органического синтеза" (Ярославль, Россия, 2001).

Публикации.

Содержание диссертации изложено в двух статьях и пяти тезисах в сборниках докладов научных конференций.

Структура и объем работы.

Материал диссертации изложен на 112 страницах, содержит 22 таблицы и 4 рисунка. Библиография включает 132 литературные ссылки на научные публикации. Диссертация включает в себя введение, литературный обзор методов синтеза и биологической активности замещенных 2-амино-4Н-пиранов, главу обсуждения результатов диссертационной работы, экспериментальную часть, выводы, список литературы и приложение.

4. Выводы:

1. На основе всестороннего изучения трехкомпонентной конденсации 1,3-дикарбонильных соединений, карбо- и гетероциклических карбонильных соединений с альдегидами или кетонами и производными циануксусной кислоты разработаны общие методы синтеза замещенных 2-амино-4Н-пиранов.

2. Установлено, что реакция циклогексанона с арилиденмалононитрилами или с альдегидами и малононитрилом приводит к замещенным 2-амино-4-арил-3,4,4а,5,6,7-гексагидро-1,3,3-трицианонафталинам, а не 2-аминохроменам, как это ошибочно считали ранее.

3. Установлено, что в описываемой трехкомпонентной конденсации резорцин и 3-аминофенол присоединяются к арилметиленмалононитрилам 6-ым положением, а не 2-ым и дальнейшая циклизация приводит к 7-гидрокси- или 7-аминохроменам, а не к хроменам, замещенным в 5-ом положении, как это ошибочно утверждали ранее.

4. Показано, что трехкомпонентная конденсация 3-замещенных пиразолонов-5 с альдегидами и производными циануксусной кислоты приводит к 6-амино-4-арил-5-циано-2Н,4Н-пирано[2,3-с]пиразолам, а не к 6-амино-4-арил-5-циано-1Н,4Н-пирано[2,3-с]пиразолам, как это считали ранее.

5. Разработан одностадийный региоселективный метод синтеза ранее неизвестных 4-спиро-(4-пиперидино)-пирано[2,3-с]пиразолов.

6. На основе 3,5-диарилиденпиперидонов-4 или 3,5-диарилиденпиранонов-4 разработан метод синтеза аннелированных 2-амино-4Н-пиранов с пиперидиновым или тетрагидропирановым циклами.

7. Показано, что в отличие от 2-хлор-, 2-бром-, 2-иодбензальдегидов реакция 2-хлор-З-хинолинового альдегида с малононитрилом и 1,3-циклогександионами протекает с образованием как 7Н-хромено[2,3-£]хинолинов, так и 2-аминохроменов. В аналогичных реакциях 5-формил-4,6-дихлорпиримидина с малононитрилом и 1,3-циклогександионами, не зависимо от порядка смешения реагентов, в обоих случаях продуктами являются 5Н-хромено[2,3-</]пиримидины.

8. С использованием современных методов физико-химического анализа (ИК-, ЯМР спектроскопий, РСА) установлено, что все трехкомпонентные конденсации 2-нитробензальдегида, карбонильных соединений и производных циануксусной кислоты приводят к образованию только одного инвертомера 4Н-пиранов - сш-перипланарного изомера 4-(2-нитрофенил)-4Н-пирана.

1. Taylor Е.С., МсКШор A., The chemistry of cyclic enaminonitriles and o-aminonitriles, New York etc.: Intersci. Publ., 1970, 415.

2. Freeman F., Chem. Rev., 1980 80 (4) 329.

3. Бабичев Ф.С., Шаранин Ю.А., Литвинов В.П., Промоненков В.К., Воловенко Ю.М., Внутримолекулярное взаимодействие нитршьной и С-Н-, 0-Н-, и S-H-групп, Киев: Наукова думка, 1985.

4. Elnagdi М.Н., Sherif M.S., Rafat M.M., Heterocycles 1987 26 (2) 497.

5. Гончаренко М.П., Шаранин Ю.А., ЖОрХ 1993 29 1465.

6. Шаранин Ю.А., Гончаренко М.П., Литвинов В.П., Успехи химии 1998 67 (5) 442.

7. Шаранин Ю.А., ЖОрХ 1980 16 2188.

8. Шаранин Ю.А., Промоненков В.А., Шаранина Л.Г., ЖОрХ 1982 18 625.

9. Meyer Н., Bossert F., Vater W., Stoepel К., Пат. СССР 466682, Бюлл. изобрет. 1975 (13) 5 О 121 П.

10. Шаранин Ю.А., Щербина Л.Н., Шаранина Л.Г., Пузанова В.В., ЖОрХШЪ 19 164.

11. Шестопалов А.М., Шаранин Ю.А., Хикуба М.Р., Нестеров В.Н., Шкловер В.Е., Стручков Ю.Т., Литвинов В.П., ХГС, 1991 2 205.

12. Промоненков В.К., Хикуба М.Р., Шаранин Ю.А., Тез. докл. Всесоюзн. конф., в кн. 'Химия и технология пиридинсодержащих пестицидов", Черноголовка, 1988, с. 126.

13. Martin N., Martinez-Gran A., Seoane С., Marco J.-L., Albert A., Cano F.H., Lieb. Ann. Chem. 1993 801.

14. Meyer H., Bossert F., Vater W., Stoepel K., Ger. Offen 1974 2 (235), 406; Chem. Abstr. 1974 80 120765.

15. Rappoport Z. and Ladkani D., J. Chem. Soc. Perkin Trans 1 1974 2595.

16. Абраменко Ю.Т., Борщев H.A., Всеволожская Н.Б., Пащенко А.В., Промоненков В.К., Шаранин Ю.А., М.: НИИТЭХИМ, "Новые химические средства защиты растений" 1979, с.7.

17. Шаранин Ю.А., Гончаренко М.П., Шестопалов А.М., ЖОрХ 1985 21 2470.

18. Шаранин Ю.А., Промоненков В.К., Шестопалов А.М., ЖОрХ 1982 18 630.

19. Емельянова Ю.М., Мат. конф. "Актуальные тенденции в органическом синтезе на пороге новой эры", Санкт-Петербург, 1999, 23а, 24а.

20. Промоненков В.К., Шараяин Ю.А., Шестопалов А.М., "Пестициды" М.: НИИТЭХИМ, 1979, с.31.21