Синтез, свойства, биологическая активность замещенных1.1,2,2-тетрацианоциклопентанов и 1,1,3,3-тетрацианоциклогексанов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИ*! ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Р Г 5 Ом

На правах рукописи

- 5 ДЕК 13Г'г экз. №

УДК 547.46'0оЗ ШЕВЕРДОВ Владимир Петрович

СИНТЕЗ, СВОЙСТВА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЗАМЕЩЕННЫХ 1,1,2,2-ТЕТРАЦИАНОЦИКЛ ОПЕНТАНОВ И 1,1,3,3-ТЕТРАЦИ АНОЦИКЛОГЕКСАНОВ

(02.00.03. — Органическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва — 1994

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

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Насакин О. Е.

Официальные оппоненты: доктор химических наук Теренин В. И.;

кандидат химических наук Никаноров В. А.

Ведущая организация: Институт органической химии РАН им. Н. Д. Зелинского

Защита состоится „_"_1994 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 горы, химический факультет МГУ, ауд._ .

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

Автореферат разослан ._" _199

г.

Ученый секретарь специализированного Ученого Совета, канд. хим. наук

Шокова Э. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Исследования в области полицианосодериа-¡цих соединений носят ярко выраженный прогрессирующий характер. Это связано с их повышенной реакционной способностью, позволяющей проводить слнтез разнообразных классов органических соединений сравнительно простыми, малостадийнши способами.

При сопоставлении химической активности полициакосодержащих соединений следует отметить, что увеличение числа нитрильных групп при углеродных атомах существенно активирует соседние связи и приводит к появлению у полицианидов новых, необычных свойств. Значительные изменения в реакционной способности полицианидов прослеживаются при переходе от moho-, ди- и трицианоциклоалканоз к некоторым 1,1,2,2-тетрацианоциклоалканам. У последних проявляется новая, отличительная от остальных аналогов, особенность - легкий разрыв G-G связи цикла, расположенной в л-положении к тетрацлано-зтаноЕСму фрагменту. Это свойство значительно расширяет сиктетл-ческие возможности полицианоциклоалканоз. Однако, синтез тетрациа-нозамещенных циклоалканов предстазляет собой, как правило, длительные, трудоемкие операции, а число известных высокорзакционнсс-пособных тетрацианоциклоалканов относительно их общего количества невелико.

В настоящей работе в качестве объектов исследования выбраны тетрацианозамещенные циклопентаны и циклогексаны, реакционная способность и биологическая активность которых изучены недостаточно.

Цель работы. Осуществление синтеза новых, неизвестных ранее замещенных 1,1,2,2-тетрацианоциклопентанов и 1,1,3,3-тетрациано-.циклогексанов. 2. Обнаружение наиболее реакционноспособнкх соединений в ряду тетрацианозачещенных циклопентанбв и циклогексанов. 3. Исследование реакционной способности синтезированных тетрацна-нозамещенкых цинлопентанов и циклогексанов, заключающейся в разработке новых препаративных методов синтеза цианосодержацих алии гетероциклических соединений. 4. Оценка биологической активности синтезированных соединений.

Научная новизна и практическая ценность работы. Осуществлен синтез новых, неизвестных ранее замеценных 1,1,2,2-тетрациано-циклопентанов и 1,1,3,3-тетрацнаноц".глогексанов. В результате изучения их реакционной способной! i обнаружена область соединений

проявляющих отличительное свойство - легкий разрыв С-С связи цикла. К этим соединениям относятся З-втор-амкнозамещенкые 1,1,2,2-тетрацианоциклопентаны, кмегцие (по данным рентгенострук-турных исследований) копланарное расположение связей С(2)С(3)Ц(Н) H(N) , а также 2,2,3,3-тетрацианоцкклопентанолы. Разрыв связи цикле, расположенной в¿-положении к тетрацианоэтановому фрагменту, происходит при взаимодействии этих соединений с основаниями быстро и наблюдается даже при комнатной температуре и ниже. Обнаруженное необычное свойство в сочетании с полифункциональностью исследуемых 1,1,2,2-тетрациакоциклопектанов, позволили разработать-новые способы получения цианосодерна-^лх ахи- и гетероциклов: цикло-пектеноЕ, пнрролидинов, гидразоков циклолентанонов, пштервд-2-онов, триазинов, циклопентанолов, бициклических иминоэфиров, малодоступных производных пиридинового ряда. Разработанные методы просты по выполнению и технологичны. Все перечисленные вещества получены из соответствующих замененных 1,1,2,2-тетрацианоцикло-пентанов в результате лишь одной (для какдого класса соединения) синтетической стадии. Простоте выполнения эксперимента, как правило, соответствуют сложные многостадийше процессы на молекулярном уровне.

Обнаружены неизвестные ранее группы соединений, обладающие высокой фунгицидной активностью.

Публикации и аптобапня работы. Материалы диссертационной, работы доложены и обсуждены на УП и УШ конференциях молодых ученых-хиккков (Иркутск 1989 и 1990), III Всесоюзном совещании по химичес-ккм реактивам (Ашхабад, 1989), II.и III конференциях молодых уче-ных-хкмкков (Донецк,. 1990, 1991), Республиканском научно-техническом семинаре по актуальным проблемам современной химии (Чебоксары, 1991), на ХУ Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Минск, 1993). По теме диссертации опубликовано 9 статей в научных куриалах, тезисы 23 докладов, получено 2 авторских свидетельства.

. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов исследований, экспериментальной части, выводов. Работа содержит 27 рисунков, 37 таблиц, 289 ссылок на публикации отечественных.и зарубежных авторов. Общий объем диссертации составляет 209 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

I. Синтез 3-(2,2-дмалкилгидрази;-;о)-, 3-алкил8мино-, 3-алкон-сиамкно-I,I,2,2-тетрацианоциклопентаноз и 4-(2,2-диалкил-гидразино)-I,I,3,3-тетрацианоциклогексэнов.

1,1,2,2-'ГетрациЕноэтан I оказался перспективным синтоном, позволяющим осуществить синтез замещенных тетрацианоциклопентанов III реакцией с азотистыми производишь c£,jä-непредельных альдегидов II (сх.1). Метод синтеза циклопентанов III прост в исполнении и заключается в смешении реагентов при комнаткой температуре в смеси 2-пропанол-вода. Реакция заканчивается через 10-15 мин. Строение соединении III доказано методами рентгенострухзурного анализа (РСА), . ИК и 5ТД?*3С спектроскопии. ■

NC CN

н-с-с-н + R^-CH^C R?-CH=H R?-^-MHFL3

Л Дм • -40-807«

NC СЫ

Схема I.

Л

ш

II, III, Я.Г=СН3, И.2=Н, Я3=^СН3)2(а); И^СИд," Ц.2=К, Я3=Ы(С2К5)2(б); ИТ=С6п5, кА=Н, Я3=М(СК3)2(в); РЛ-С6К5, Ц2=К, й3=К(С2Н5>2 (г); Я^г-Ри, Я2=н, !13=Н(СКз)2(д);У=2-А, Я2=К, кЛ К(С2Н5)2(е); И^С^, Я.2=Н, К.3=ЖСН3)2(н)И1=С3Н7, «А С2Н5^ Я.3=СН3(з); Я2=СоН5, ЙЛЧ-С^Ы; г^С^Ц,

и2=с2н5, яАс4н9(к); цг=сн3, я2=н, я3--осн3(л); яг=сн3,

Ранее было установлено, что конформация определяет

направление его реакции, с нитрилом I. д-Траяс-ориентировапные образуют 2-е.мико-1,5,5-трицианоциклспентаны, а б^цяс - бнцккличесуиз иминоофирн, структурам* элементом которых,является циклопектанэаое кольцо. Согласно этой закономерности, з такке на оснопанни более ранних данных В.В.Иоффе о стереоизомерии- диметилгидразока кротонз-вого альдегида (в схеме I - Па), указано, что он '.'.г/ее" $-траке конформацио,•при реакциях нитрила , .? соединениями II нэтено было ожидать образования циклопентенов..Л так как в действительности

происходит образование циклопентанов III, то нами была исследо-

Т тч

вана стереоизсмерия гидразона На методами ЯМР К и ШР^С спектроскопии. Сравнение спектров гидразона На, снятых без растворителя и в муравьиной кислоте дает основание предложить s-цис-конформацию гкдразона IIa. Такш образом образование циклопекта-ков III находится в рамках предложенной ранее схемы реакций нитрила I с с£ ,^-еноками.

Подтверждением установленной взаимосвязи между строением азотистого производного с£ ,ß -непредельного карбонильного соединения и продуктом реакции с нитрилом I слукат превращения s-цис гидрь-зонов IIa,б,к с другими двухцентровъми СК-кислотамк. Как и следовало опадать гидразоны II реагирует с амидом 1У и с 1,1,3,3-тет-рацианспропанами У1 'с образованием полиЗункциональнкх циклоалха-нов У и УН (сх.2, 3). Их строение установлено на основании данных РСА, ИК и ЯМР С спектроскопии. Схема 'd

wc со,\'Н£

ЗЕа + н-с-с-н -■ I Г н2мос ащг

w

сн3

^CONHg, соннг.

гы о

-Н20

(СН^ЫМН

CCHHg.

Схема 3.

IL- СН=СН~СН-М N H-C-CHR--C-H

I

ыс

vr

сц зз

MHWR-I

п

УП, Я2=СН3> R3=H(a); HI=CH3, R.2=C2H5, Jt3=K(6); Я1^^, Ц2=СН3, И3=н(в); R_3=CH3(r).

Синтезированные не известные ранее цнклопентаны III и цикло-гексены УП содержат разнообразные функциональные группы: нитри-

льнке, алкильные, арильные, алхилачинныа, алкоксиаминные, диал-килгидраьинные. Они те ют большие потенциальные возможности для синтеза на их основе новых, более сложных по строению соединений. Поэтому еледук'лкй этап работы заключался в нахождении условий при которых у исследуемых соединений удалось бы вовлечь во взаимодей-стзие, в течение одной синтетической стада;!, максимальное количество функциональных групп, что привело бы к новым синтетическим результатам. Одним из перспективных вариантов^поиска подобных реакций виделся нам в нахождении среди синтезированных циклозлканов III и УП соединений, способных к образован™ вксокореакционно-способной ациклической форты.

2. Реакционная способность замещенных 1,1,2,2-тетрациано-цнклспентаное и 1,1,3,3-тетрацианоциклогексанзв по от-носений к основаниям и нуклеофилам.

Мы обнаружили, что при действии на соединения III и УН оснований или нуклеофилов только для цихлэпентанов III, имевгцих в положении 3 алкоксиамкнный или диалкидгидразинньй фрагменты характерны реакции с разрывом связи цикла С(2)-С(3). Циклопэктаны III а,Л .в нормальных условиях, при смешении их с-экешолькуи количеством триэтиламика (ТЭА) в инертных растворителях, легко подвергаются рециллизации и образуют соль УШ (сх.4). Подкисление соединений У1Н соляной кислотой приводит к образован-/®) циклопен-таков 111а,л.

Схема 4.

ггт м<сан?Ь CH2TCH=Mfl

Iii et, Л. -<■■■ . ■ ~ I _ -t-

Нсг сн3-си с-Ссм)г.с(сы)2-NH (с^Ь

\РТП

У!П, R.=N(CH3)2(a); tC=0CK3(6). —

Нагревание циклопентанов III с каталитическими количествами ТЭА приводит к цикло'пентенам XI (сх.5). Вероятно эта реакция начинается с образования интермедиата IX. Так как для тетрациако--этанового аниона характерна трнцкановинилизация, полагаемv что затем происходит децианирование, образование интзрмедиата X и конечного соединения XI.

Иной характер превращений цится: аонганоз III гаеет место при действии на них 2-3-кра1-ного ксл\.' избытка ТО А. При нагрева-

- б -

кик смеси происходит образование пирролидинов XII (сх.5).'Продолжительность синтеза циклопентенов XI и пирролидинов XII составляет 2-3 мин. Выделение их из реакционной массы осуществляют разбавлением водой. Структура соединений XI и XII определена методами РСА, ИК, ЯМР13С спектроскопии.

Поскольку при превращении цИклопентаков III в пирролядкны выделяется HCN , который затем присоединяется по С=Ь| связи кнтерме-диата X, то представлял интерес вопрос о том какие превращения возможны, если в реакционную массу в этих.же условиях ввести реагент, взаимодействующий с KCN , например FeSO^. Было обнерукзно новое направление - образуется пиридин XIII (су.5). Это доказано методом РСА.

ci

Л

f^ Схема 5.

ch2-ch=nr5

NC

ш

о-M

n(c2h5)3

(а5<Г.)

CH2-CH=NR*

F^CHC(CW)oC(CM)2

в

^/»irt-CN

CN

Я1сн-с=ег î... ncn

R?

CN

M(C g H5)3 (капал.)

RÎ=C45ln2=f<cK5-)2 La

CM

XIII

XI, R.I=CK3, R.2=N(CH3)2(a); R^C^, R.2=N(CH3)2(6); R.T=2-Fu, R.2=K(CH3)2(b); Я^СНд, Е,2=0СН3(г>.

XII, R?=CH3, Я2=Н(СН3)2(а); Я*=СН3, Я2=М(С2К5)2(б); R-^CgHg, R.2=N(CK3)2(b) ; R.1^^, Я2=М(СН3)2(г).

Разрыв связи цикла С(2)-С(3) в циклопентаках Ша-ж,л,м осуществляется не только при 'взаимодействии их с ТЭА, но ив* реакциях с другими основаниями. Действие водного метиламина в 2-про-паноле, а такие КОН в смеси СН30Н - Н20 на циклояентаны П1а,л,м приводит к другим функционально производным пирролндкнам Х1У и ХУ (сх.6), содержащих в положении 5 цикла алкоксиаминную и меток-си группы. Структура этих соединений определена методами РСА, ИК,

ЯМР13С спектроскопии

сн3 ыс / \

Схема б.

ыс^х/^нк.-г^сы сы

Б

I см ^ V ¿Н2-СН-К1НЯ

'СМ

СНаСНС=СС 3 ¿м ™

сн3

кон сн3он

СНз'СН с—с см

НС

-нем

XV

ОСНз

СНз-СН-КНЯ. ацен е=<СМ • ¿М ■>

сн3

ыс

мс

-нем

/Зл X. \

к I

снз XIV

Х1У, И=0СН3(а); Я=0С2г15(б); ХУ, И^ЖО^.

В ряду циклопентанов Ша-м, циклопентгиы НТз-к, отличающиеся от остальных тем, что содержат- в положении 4 группу ^Н^« а в по-локашм 3 - алкилгминнув группу, аналогичных превращений не претерпевают. При смешении соединений Шз-к с ТЭА происходит не разрыв связи цикла, а образованна бициклов ХУ1.

Схема 7.

ПГ5-К

н(егн5)3,нго> е

->-ХУ1€'

С5Н-1 сгн5

' /

с2К5

ХУ1» ЫК3(а); Ц^-Сд^Сб); а=С4Нэ(в),

. -к, нк с^Нэ

XVII

Контрастность проявления реакцго«нс>*1 стсобностя соединений' ;Ша-м демонстрирует превращение- !. •••тигапектана Шк под действием 2-3 краткого мольного избытка ТЭА >■ ;ргде 2-пропанол - веда, до бицияла ХУИ (сх.7). Другие циклоп и раны, содержащие в чодожкпаа

3 алкоксиаминкый или диалкилгидрагинный фрагменты в подобных условиях образуют пирролидины XII, Х1У, ХУ (сх.5, 6). Структура соединений ХУ1, ХУП установлена на основании данных элементного анализа, ИК и ШР^С спектроскопии.

Для объяснения .столь значительных различий свойств циклопента-нов III мы, на основании данных РСА, изучили структурные особенности соединений Illa,к,л. Оказалось, что соединениям Illa,л, которым свойственен разрыв связи С(2)-С(3) торсионные углы Н(Ы)Ы(Н) С(3)С(2) соответствуют копланарному расположению, а. соединению ■ Шк не проявляющих аналогичных свойств не копланарное. Для соединений Illa, lili углы равны соответственно 177,4° и -176/9°. У циклопентана Шк аналогичный торсионный угол равен 134,2°. Можно отметить, что связи С(2)-С(3) и М-Н у соединений Illa,л расположены практически в одной плоскости, в анти-положении. Известно, что одним из критериев принадлежности реакции к бимолекулярному отщеплению Е2 является копланарное расположение взаимодействующих сЕязей. Вероятно, при образовании линейной фор,ш УШ (сх.4) происходит одновременный разрыв связей С(2)-С(3) и К-Н и образование новой сеязи С=М .

Обнаруженную взаимосвязь дополняют данные по 2,5-дифенил-3,3, 4,4-тетрацианопирролидину ХУШ (сх.8) и циклогексацу УИг (сх.З).

Схема 8.

nc сы

NfoHsk + -

(с2н s)3h n • с ссм)2 с (с- ы)г си м к=с ц

XIX н _><viu

Ранее было показано, что пирролидин ХУШ с ТЭА образует соль XIX (сх.8). По данным FCA пирродидина ХУШ мы расчитали торсионный угол Н(К)М(Н)С(2)С(3), который оказался равным -171,78°.

У циклогексана УИг "."угод""" H(N)M(H)C(4)C(3) не плоский и равен 133,7°. Это соответствует его реакционной способности - связь С(3)-С(4) не разрывается. Циклогексан УИг к действию"оснований или куклеофилов при нормальных условиях, а также при кратковременном нагревании (2-3 мин) до 70-80°С инертен.

Для дальнейшего изучения эффекта рециклизации циклопентанов III были проведены реакции с хлористым ацетилом в присутствии ТЭА.

3. Ацилирование замещенных 3-(2,2-диметилгидразино)-, • З-метоксиачино-¡ 3-бутил&чино-1,1,2,2-тетрациано-циклопентанов.

Ацилирование циклопентанов Illa,л хлористая ацетилом з присутствии ТЭА приводит к М-ацклпроизводнкм ХХа.б (сх-9). Исходя из данных PGA установлено, что свлэи С(5)-С(6) и C(3)-M(I) у циклопентанов Illa,л ориентированы в разимо стороны по откотениа к циклу» а У соединений XXа,б аналогичные связи млеют цио-ориентациа. Очевидно, что в результате аудирования, под действием ТЗА, происходит образование интернедигта типа IX (сх.5) и циклопентанов III а,л с цис-оркенгацизй сзязей С(5)-С(6) и С(3)-М(1),. которые и ацилируются до соединений ХХа,б . о

сн3

Схема 9.

сн=,с;

¿0 М(С£Н5)3

ча (зь-у.зс%)

-сн

3

XX, И=К!(СН3)2(а); Я=0СН3(б).

Соединение Шк под действием ТЭА рециклизации не подвергается, что и подтверждается его йзаимодействием с хлористкм ацетилом в присутствии ТЭА - образуется бицикл XXI. Его строение определено методами элементного анализа, ИК и ШР^С спектроскопии.

Схема 10.

V 5 ЩЦЪ Шк-5-XVI4 ,

кс

И - с--с

C3Hf сги5

XXI

4. СинтезV свойства 3-(2,2-диал\-г w ;р-\зоно)-1,1,2,2-тетрацианоцнклопентанов.

С цельп изучения влияния тотрацианоэтановой группы в цикло-пентанах. на соседние связи были синтезированы соединения XXII. Синтез осуществлен окислением циклопентанов III пермангагатом

Жи.-«,^ XXII

XXII, R?=CH3, R.2=H(a); R1^, Ц2=СН3(б); rJ=C6H5, R.2=H(b);

R.2=2-Fu, R2=H(r).

T3

Данные FCA и ЯМР С соединений XXII имеют некоторые нестандартные характеристики для гидразонного фрагмента. Так в спектрах ЯМР-^С хим. сдвиги С(3) смещены в сильное поле (~125 м.д.) по сравнению со стандартными значениями (~150 к.д.) С=Ы связи. Валентные и торсионные углы (по данным РСА) указывают на плоское строение гидразонного фрагмента, что свидетельствует о сопряжении не-поделенной электронной пары Ы(2) с ЗГ^-свяэью C=N . Однако, из монографий Б.В.Иоффе ("Химия органических производных гидразина", 1979) ч О.В.Свердловой ("Электронные спектры в органической химии", 1985) следует, что для диалкилгвдраз.онов кегонов p-jCсопряжение не имеет места. По -нашему мнению сопряжение у гидразонов XXII осуществляется в результате 2 [С(2)-С(В)]-<£[G(3)=M(+)J взаимодействия. Подобный эффект, названный обратной"" гиперконьпгацией, обнаружен ранее у трифторметил- к трицианоме-тилбензолов. В соответствии с предложенным 8-ЯГвз;аимодействием происходит децианирование гидразона ХХНа под действием некоторых восстановителей до циклопентена XXIII (сх.12). Так как перекрывание Я -связи С(2)-С(3) сЗГ-связыо С(3)=М(1) У гидразона ХХНа подразумевает граничную структуру А (сх.12), то ото взаимодействие, вероятно, способствует децианированию я образованию циклопентена

XXIII. В этой реакции образование гидразина Ша не происходит. Это следует из того, что если бы одной из первых стадий процесса являлось восстановление связи С=М до СН-ШГ, то циклолектен XXIII можно было бы синтезировать -реакцией циклопентана Illa с анало-

- и - .. -

гичнъгси реагентами. Однако, в условиях проведения реакции ХХПа -9-XXIII превращение циклопентана Illa до циклопентена XXIII не происходит. Строение соединения XXIII установлено на основании данных элементного.анализа, ИХ, ЯМР^Н, ЯМР^С, масс-спектроскопии.

' сн3 . . СН3 Схема 12.

МС >4 4Cn/V +

Yen • см-

см . • Д

[H] * [HI —CN

CM XXIII

(jBw/.oj Wío)

Действие некоторых окислителей на гидразоны XXII приводит к пиперидснсм ХХ1У.

R.

i

NC МС

а ХОН N-NR-2,-—»

СМ

см

Э1

Схема 13.

""¿Hi г

mc^V/^K-M ni

IV.KI ^

см

СМ X

R.

-Х~ о^инЧы J СМ

ЦН XXIV

ХХ1У, R?=fl2=CH3(a); R.1^, [СЦрН^б); R.I=C3H7, R.2=GH3(b).

x=ct, М02, МО.

В препаративном аспекте'синтез пиперидонов XX1У удобнее осуществляется окислением циклопентансз Illa,б,ж пермантанатом ка-

лия в солянокислой среде. Реакцию проводят без использования каких-либо органических растворителей путем приливания раствора КМпОд к смеси соединение III - НСi - HgO. Этот способ получения пнперидснов прост в исполнении и позволяет но скорости исчезновения окраски приливаемого раствора КМаО^ судить об окончании процесса окисления. H концу реакции время . исчезновения окраски составляет 4-5 мин. Тем не мзкее, при таком простом выполнении синтеза, происходят многостадийные прсцесси расширения цикла соединений Illa,б,ж до пиперидонов ХУЛУ. Мы установили, что в начале циклогентаны Illa,б,ж окисляюгся до гидразонов XXII. Затем, вероятно, происходит электрофилькое присоздкненпе хлорноватистой кислоты по C=N связи гидразонного фрагмента (сх.13). Последующие процессу рециклизации и внутримолекулярного замещения заверпюот реакцию - образуются пиперидоны ХХ1У.

Так как при изучении свойств циклопентаноЕ III било обнаружено, что они легко окисляются до гидразонов и пиперкд-2-онов, то ответ на вопрос о действии на соединения III азотистой кислоты представлялся неоднозначных. Вследствие чего и было проведено ис-следовалие реакционной способности циклопентанов III по отнесению к азотистой кислоте.

5. Синтез, свойства З-(Н-нитрозо-метоксиачино)-, 3-{2,2-диме-тил-1-нитрозогидразино)-I,I,2,2-тетрацианоциклопентанов.

Циклопентаны Illa,в,л при температуре 0-5°С в солянокислой водной среде количественно нитрозитуются до N-нитрозосоединений ХХУ (сх.14). Увеличение температурного интервала китрозирозания циклопштана Illa до 15-20°С приводит уже не только к М-нитрсзо-соединению ХХУа, но и к гидразону XXIIa.

Далее мк обнаружили, что при нагревании М-нитрозосоединений ХХУ в смеси 2-пропанол - еодв - KCÍL образуются либо гидразон XXIIa (из соединения ХХУа), либо соединения ХХУ1 (сх.14). Образование гидразона XXIIa имеет место при оквимольном соотношении соединения ХХУа к KC¿ ■. Как минимум пяти-кратный мольный избыток НСС по отношению к субстрату приводит к триазинам ХХУ1. В начале протекания этой реакции происходит образование гидразона XXII. Полагаем, что одна из последующих стадий заклпчастся в С-нитроэиро-вании. гидразона ДП, вероятно, хлористым нитрозилом. Взаимодействие метальной группы гидразонного фрагмента с группой M-ОН путем отщепления Ь^О приводит к образованию новой С-М связи и фор-

мированига триазкнового цикла. Подобная циклизация осуществлена ранее при действии полифосфорной кислоты на оке км 4,7-диметил-1-инданона. Структуры соединения ХХУ и ХХУ1 определены методами ?СА, ИК, ЯДР-^с спектроскопии.

П-Л

XX На

К.г=Ы(СЧз)2

ы/ ---j— ХХК

Схема 14. N-0

/С Но

си3

R? HN-CMCN XXVI

N—СН3

•N-CH3

i^CKJ

Y

R- ы-ои

NC V^f

H

/-и

-HoO

(W. г3-337е)

мс^Ч /^ы-t/ чн

f^CM CN

CK,

Ш, йЛсН3, R.2=H(CK3)2(a); R.I=C6H5, R.2=jJ(CH3)2(6); Jt^CHg, R.2=CCH3(b).

ХХУ1, Rj^H-jia); R^C^iö).

Синтез триаэинов ХХУ1 представляет собой новый препаративный метод получения их и состоит всего лишь з кратковременном нагревании К-нитрозосоединениЯ Х/У с соляной кислотой. Эта синтетическая операция' по своему химизму сопоставима со значительно более длительными и трудоемкими стадиши получения структурно схоких тригзкнов'пс известным методикам. Так их синтез осуществлялся через получение окси или гмино-гидрззинов, которые затем подвергали действто нитридов или карбонильных соединений.

Поскольку М-нитрозосеединения ХХУ по отношению к соляной кислоте проявили активность, то вопрос о действии соляной кислоты :а циклопентаны III представлял значительный интерес...

6. Синтез, свойства 2,2,3,3-тет'рацт<аноциклопентанолов.

- 14 - ^ -

Обнаружено, что цлклопентаны Illa,в под действием соляной кислоты в 2-прэпаноле, в зависимости от условий, образует три различных типа соединений. При комнатной температуре соединение Illa с НС1 образует соль ХХУИ (сх.15). Нагревание цихлепентанов Ша,в ■Уизбытком НС& в течение 10-15 мин приводит к циклопзнтакслам ХХУШа,б. Получение иэопропокс-.щкклопект&на XXIX соотнетотауют углория nps.; которых цикдопентан Illa нагревают с ко:щентр/рованкой соляной кислотой в течение б ч (сх.15). Установлено, что протекание стой реакции осуществляется через стадию образования циклопен-•ганола ХХУШа. Структура соединений ХХУИ - XXIX' определена методами элементного анализа, HF a ЯМЕ^^С спектроскопии.

Схема 15.

XX Vil

R=CU3 НС£. (кенц,.) £н3)2сНОН

R.

ЫС )—\

ыс-КЛмннСсн^

I^CKl

сы

ш

HC£,t

XXVíUcl

" CH¿-CH=N ЫССНа}^ На05ч+ CH¿-CK=O

в

(в

ыс* "-он

Ьсн CN

: XXIК

см

см XXYlif

ШШ, И=СН3(а);Ц,-С6Н5(б).

• Величины хим. сдвигов спектров циклопентана Illa и со-

ли ХХУ II отличаются незначительно и поэтому полагаем, что для раствора соли ХХУИ ииеет место преобладание основания - циклопентана. I Fia. А тах как для циклопентана Illa свойственен разрыв связи

■цикла С(2)-С(3), то, вероятно, образованию циклопентанолов ХХУЩ соответствует последовательность III—у А —>-Б —»-ХХУШ (сх.15). . ■ Циклопентанолы-ХХУШ являются неустойчивыми соединениями и при-действ;!',! -каталитических количеств оснований или воды переходят в бициклы XXX (сх.15). Структура соединений XXX доказана методами ГС А, Ж, ЖР^С спектроскопии. С эквимольным количеством ТЭА цик-лопентанол ХХУШа, также как и циклопентаны Illa,л, образует соль XXXI (сх.16). ны

kcu71.

XXX

(W, 40 -Í5Vo)

Схема 16.

XXVIII —

ХХУШ, XXX, И=сн3(а1; Ц=СбН5(С).

СНо-СН=0 \ - + сн3 сн с(см)гсСа%ннСс2М5-)з

XXXI

Э.М-ект разрыва съяэ/. цязсла >";еет место и при взаимодействии цнклопентансла ХХУШа с водным-метиламином. В результате смешения этих веществ происходит образование пирродопиридана XXXII. Его струк^ра определена методом PSA.

СН3

НС >~л

XXVIlía

СН3ЫН2

NC MC

Схема 17.

сн3

JT^cm

ны^и

NN

сн3

SSV»)

XXXll

7. Реакционная способность 4-(2,2-диалкилг;:дразино)-1,1,3,3-тетрацианоциклогексанов.

Циклогексаны УН представляют собой соединения с более низкой реакционной способностью чем циклопентаны III и ХХУШ. Во много-

численных опытах не удалось провести ни одной реакции как с участием нитрилькых групп, так к реакции с эффектом раскрытия цккло-гексанозого кольца. Одна из вероятных причин, по-видимому, заключается в том, что при разрыве связи ССЗ)-С(4) образовавшийся анион (ChOg^ 0 обладал бы меньшей устойчивостью, чем аналогичный анкон при разрыве связи С(2)-С(2) в циклспентанах III. Другая причина, вероятно, заключается в отсутствии возможности сиАронного процесса разрыва связей' С(3)-С(4) и М-Н и образования ноеой связи С=М , в связи с некопланарном строением фрагмента H(M)N(H)C(4)C(3). Проведены лишь реакции.ацилирования и нитрозирования (сх.18). М-Кит- • розосоединение ХХХ1У при нагревании с соляной кислотой превращается в циклогексан УПа. Строение соединений XXXIII и ХХХ1У доказано методами элементного анализа, ИК и ШР^С спектроскопии.

ггг. . . . Схема 18.

-й'а + ^ нЩз ncc^ ovch5

HNOg

\~СМ

ЫС V^ М=0 СМ %%/АЦ

t-сы ""

сн5

XXXIV см

VTla

8. Пестицидная активность синтезированных соединений.

В соответствии со струкчурой- диссертации представители боЛь*-пшнства синтезированных соединений, подразделяемые на 7 разделов, прошли исследования пестицидной активности во Всесоюзном Научно-Исследовательском Институте Средств Защиты Растений. Большинство из них обладает средней фунгицидной активностью.' Наивысшую фунгй-* циднуто активность проявляют 3-метоксиамино-5-метил-1,1,2,2-тетра-цканоциклолентан Шл и 3-(М-нитрозо-метоксиамино)-5-метил-1,1, 2,2,-тетрацианоциклопентан ХХУв. Их активность на уровне эталона (И»ГТД) отмечена против бактерий КХйг, ¿о1. и .

Вывода.

_;Г. Найдены новые сиктоны - это з-алкоксиаийно-^"3-гидроксн"~'и 3-(£,2-диалкилгядразино)-1,I,2,2-тетрацианоциклопентаны. Их высо-

кая реакционная способность обусловлена возможностью легкого разрыва связи цикла С(2)-С(3).

2. Сравнительны?, анализ свойств 3-алкоксиамино-, 3-алхиламино-и 3~(2,2-дуалкилгидразино)-1,I,2,2-тетрациансциклопентэков позволил обнаружить корреляции их реакционно!" способности со строением фрагмента С(2)С(3)Ы(К)Н(М). При копланарнсч расположении сз'язеЗ соответствующим цкклопентанам свойственен разрыв связи цикла С(2)-С(3), при кекопланарном строении разрыва связи цикла ке происходит .

3. При действии на 3-(2,2-диалкнлгидрэзико)- и З-алкоксиаиино-

1.1.2.2-тетрациансциклолентанъ: оснзвений осуществлен переход аги-ц'/клов в гетероциклы: синтезированы 4-цнако-, 4-метокси-, 4-глкск-си8»?ик'>-2-д-,гл'анокетален!71»рролнгдкн--1 и 4-метал-2,З-дтеианопиридии.

4- Рр?раСотг«! пг?г'яре?крный сг.сюб получения 1-дкалкилаишю-

5.5.6.3-?етрациэнопи::ерид-2-онов окисление« 3-(2,2-диалкплгидра-зино)-1,1,2,2-тетраи;!Эноц1;клспентаноз перланганагом калия в солянокислой среде. ^

5. Обнаружено, что нагревание 3-(ы-ннтроэо-ы.^-динетнлгидраз;1-ко)-1,1,2,2~'г2трйцианоциклопентаь:эБ с избытком соляной кислоты призедкт к трансформированию КЬнитрозо-ы'^-дичетилгидразикного фрагмента в триазиновый-цикл - образуются 3-).!етил-6,8,9,9-тетра-цнано-2,3,5-тр«азабицикло [4.3.С;]нокак-1,б-днекы.

6. Найден новый подход к синтезу пирролопиридинов. При взаимодействии 4-метил-2,2,3,3-тетрацианоциклопентанола с водным метиламином, в результате -многостадийных процессов на молекулярном уровне, происходит образование 2-амико-1,4^-диметил-3-цианопирродс £2,3-в] пиридина.

7. В результате исследования биологической активности синтезированных соединений установлено, что З-метоксиамино- и 3-(М-нитро-з о-ме то кс к«мин о)-5-ме тил-1,1,2,2-тетрациапоциклопентаны обладают фунгицидной активностью на уровне эталона (ЖЦД) против бактерий

Основное содержание диссертации изложено в следующих саботгх:

I. АтовмянЛ.О., Золотой A.B.,. Сергеев K.M., Буезич A.B., Лукин П.М.', Насакин O.E., Коцрвалихин C.B., Шевердов В.П. Химия 1,1,2,2-

- .' • - 18 -тетрацианоэтана. Сообщение 15. Топомеризация 1-((ч(м-диметилгидра-•эино)-4-метил-2,2,3,3-тетрац«аноциклопентана в растворе - обрацение конфигурации тетраодрического атома углерода в положении I // Язв. АН СССР, сер.хим.-1959.-J?-5.-0.1075-1079.

; 2.'Золотой А.Б., Лукин П.М., ШевердоЕ В.П., Прохоров А.И., Ко--'новалихин C.B., Насакин O.E., Атовмян Л.О. 4,3-дегидроцианирование I- ( N ' N-лдо а ти л гидра я и не ) -4~метил-2,2,3,З-тетрацианбциклопентана // ■ Кзв.'АН СССР, сер.хим.-1939.6.-C.Ï442. '

•3. Золотой А.Б., Шевердов В.П., Лукин Ü.M., Прохоров А.И., Насакин O.E., Атовмян Л.О. Необычные реакции 1-(м(м-Диметилгидрази-но} и I- (n'n -дкметил-М-нитрозогидразико )-4-мотил~2,2,3,3-тетрациа-ноцикяопентана // Изв.АН СССР, сер.хим.-198912..-С.2867. - '

4. Насакин O.S., Лукин П»М., Шевердоз'В.П., Краснокутский С.Н., Медведев C.B., Шарбатян П.А., Тафеенко В.А. Необьгчнае превращение 3-(Н/,М-диалкилгадразино)-!,1,2,2-тетрацнаноциклопентанов в 1-диал-килшино-2-дициансметилен-5-циакопиррогндпнн // Химия гзтерсцикл. соед.-1990.-№ 6.-С.846. -

5. Насакин O.E., Шевердов В.П., Лукин П.М., Краснокутский'С.Н., Шарбатян П.А..».Медведев C.B., Золотой А.Б., Тафеенко В.А. Синтез 1-диал!;илсЖ1но-5,5,5,6-тетрациакопиперид-2-онов.из 3-(м'ЫгДиалкил-гидразяно)-1,1,2,2-тетрацианоциклопентаков // Химия гетероцикл. соед.-1990.-№ 7.-С.996. ■ . '

6. Насакин O.E., Шевердов В.П., Лукин П.М., Тафеенко В.А., Краснокутский С.Н., Сврбатян П.А., Медведев C.B., Булай А.Х. Синтез 2,2,3,З-тетрацианоциклопентанолов из З-СИ^Ч-джетилгидразино)-1,1,2,2-теграц/аноциклопентаноп и их необычные реакции // £урн.

•органич. химии.-1990.-Т.26, вып.9.-С.2028-2029.

7. Насакин O.E., Певердов В.П., Лукин П.М., Тафеенко В.А., Булай А.Х. Азотистые производите о£ -непредельных карбонильных соединений в реакциях с нитрилами 1,1,2,2-этантетракарбоновой и . Г,1,3,3-пропантетракарбоновой кислот // Журн. органич. хитлии.- -1992.-7.28, выт;.9.-С.1841-1849. ..

8. Тафеенко В.А., Богдан Т.В. , Асланоз Л.А., Шевердов В.П. Насакин O.E., Медведев C.B. Направленная атака нуклеофила в реакг

■циях метанолиза полинитрилов содержагцих Г,I,2,2-тетра- или 1,1,2-трицианозтаноБьгй фрагмент П Еурн. общ. химии.-1993.-Т.63, вкп.7.-С.1607-1621. ' •

9. Насакин O.E., Шевердов В Л., Тафеенко В.А. Взаимосвязь строения замещенных I,1,2,2-тетрацианоциклопентанов, 1,1,3,3-тетрациа-

ноциклогексанов, 3,3,4,4-тетраци,1нотфролидинов с их реакционной способностью // Дскл. Акад. Каук.-1994.-Т.334, № 2.-С.187-189.

10. A.C. 1583410 СССР, МКИ3 С 07 С 255500.. Способ получения '4-Ш,№-дкметклгкдразинс)-1,5,5-трицйгноциклопейтенов / Насакин O.E., Лукин П.М., ¡"езердов В.П., Золотой A.B., Еулай А.Х.-1990.-Еол.№ 29.

11. A.C. n 1699999 СССР, МКИ3 С 07 Д 211/74. Способ получения IN- диалкнламино-4-Я-5,5,6,5-тетргцианопипернд-2-онов / Насгкин С.Е., Лукин П.М., Севердов Б.П., ТзЪеенко В.А., Булай А.Х., Медведев C.B., ¡¡'.арбатян П.А.-1991.-Бкл.!? 47.

12. Шзвердов В.П., Насакин O.E., Лукзгн П.М. Статез, биологическая активность 1,1,2,2-тетрацианоцикяопектан-З-олов к З-кмино-4,7,7-трицнано-2-оксабицикло£2.2Л] голтанов // Всесоюзный семинар: Тез. дскл.-Черноголовка, I9C9.-C.260.

13. ховсрдов В.П., ?е$еенко В.А. Ззаикодэйствие З-М-'елкокси-амико)-5-|/отил-1,I,2,2-тетраци&нпциклспен?анов g аминами // Республиканский научно-технический семинар "Актуальнее проблемы совре-' меннсГ: химия".-Тез. докл.-Чебоксары.-1991.-С.5.

14. Шезердов В.П., Насакин O.S., Лукин ÏÏ.M-. Новые малоотходные технологи!' производстве фунгицидов на основе 1,1,2,2-те*ргциано-этана // ХУ Менделеевский съезд по об-дей и прикладной химки.-Тез. докл.-!.5инск.-1993.-С.408-409.