Циклизация производных αβ-непредельных кислот с N,N-бинуклеофилами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

I.L Синтез четырехатомных азагетероциклов.

1.2. Синтез пяти атомных азагетероциклов.

1.3. Синтез шестиатомных азагетероциклов.

1.4. Трехкомпонентные реакции гетероциклизации.

1.5. Синтез семиатомных азагетероциклов.

II. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

• II. 1. Синтез исходных веществ.

11.2. Реакции с ациклическими бинуклеофилами.

II.2.1. Взаимодействие амидинов и арилгуанидинов с арил(алкш)иденма10н0выми эфирами.

112.2. Взаимодействие амидинов и аршгуанидинов с арт(алкш)иденцшнуксусными эфирами.

II. 2.3. Взаимодействие ациклических N,N-бииуклеофилов с арилмалеимидами.

11.2.3.1. Реакции карбоксамидинов и арилгуанидинов с малеимидами.

11.2.3.2. Реакции 1,2-нуклеофильных реагентов с малеимидами.

11.3. Реакции с циклическими бинуклеофилами. II.3.1. Взаимодействие аминоазолов с арич(ачкил)иденмачоновыми эфирами.

II. 3.2. Взаимодействие аминоазолов с арилиден(алкилиден)-циануксусными эфирами.

II.3.3. Взаимодействие аминоазолов с арилмачеимидами.

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

III. 1. Получение исходных веществ.

III. 1.1. Синтез бензилиденмалопового эфира [70]:.

III. 1.2. Синтез цикюгексилиденциануксусного эфира [70]:.

III. 1.3. Синтез арилмачеимида [71]:.

III. 1.4. Синтез 1-амидинопиперидина [72]:.

III. 1.5. Синтез аршгуанидинов [73]:. ПО

III.2. Синтезы на основе амидинов и родственных соединений.

III.2.1. Синтез 2-Я.:-ами110-4-фенш-5-карбэтокси-6-оксо-1,4,5,6тетрагидропиримидипа:.Ill

III.2.2. Синтез 5-оксо-6-трбэтокси-7-фенгп-4,5,6,7-тетрагидро-[ 1,2,4] триазо:ю[1,5а] пиримидина:.

III. 2.3. Синтез 2-оксо-3-карбэтокси-4-фенш-1,2,3,4тетрагидробензо[4,5]имидазо[1,2-а]-пир1шидина:.

III.2.4. Синтез 2-Н2-амино-4-фенил-5-карбэтокси-6~оксо-1,4,5,6тетрагидропиримидина:.

Ш.2.5. Синтез 5-оксо-б-1{иано-7-фенил-4,5,б,7-тетрагидро[1,2,4]триазоло[1,5а] пиримидина:.

Ш.2.6. Синтез 4-OKCO-2-Ri-a.\iuuo-5-i{uano-l,3-dua3acnupo(5.5)yndei{-2-ena:.

111.2.7. Синтез 6-оксо-4-карбанииидо-2-И.2-амино-3,4,5,6тетрагидро пиримидина:.

III. 2. S. Синтез 6-оксо-4-карбанилидо-2-ариламино-3,4,5,6тетрагидропиримидина:.

111.2.9. Синтез 7-оксо-5-карбанилидо-4,5,б, 7-тетрагидро[1,2,4]триазоло[1,5-а]пиргшиди'на:.

111.2.10. Синтез 2-оксо-4-карбанилидо-1,2,3,4тетрагидробензо [4,5] имидазо [ 1,2-а] пиримидина:.

III.3. Синтезы на основе 1,2-диаминов.

111.3.1. Синтез 2-(3-оксопиперазин-2-ил)~ацетаншидов:.

111.3.2. Синтез 2-ацетани.чидо-З-оксодекагидрохиноксалинов:.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. В настоящее время химия гетероциклических соединений является одной из интенсивно развивающихся областей органической химии, что вызвано тем, что именно с наличием гетероциклического фрагмента связывается физиологическая активность многих веществ, как природных, так и синтетических. Внимание химиков привлекает получение все более сложно построенных линейно связанных и конденсированных гетероциклических систем, содержащих как один, так и несколько одинаковых или различных гетероатомов. Все большее количество как заново синтезированных, так и модифицированных природных соединений находит применение в качестве биологически активных и лекарственных препаратов, антиоксидантов, фунгицидов и инсектицидов, катализаторов, комплексонов и др.

Лидирующее место, как в теоретическом, так и в прикладном аспекте занимают азотсодержащие гетероциклы. Количество работ отечественных и зарубежных исследователей, посвященных вопросам их синтеза, исследованию и применению, чрезвычайно велико. Вместе с тем не утрачивают актуальности проблемы, связанные с поиском легкодоступных, полифункциональных субстратов, позволяющих вести направленный синтез разнообразных гетероциклических структур. В этом отношении обращают на себя внимание производные а,|3-непредельных кислот - арил(алкил)иденмалоновой, циануксусной, малеиновой, взаимодействие которых с НЬГ-бинуклеофилами приводит к образованию различных гетероциклов. Литературные данные о данной группе реакций, несмотря на многочисленность, разрозненны и несистематичны, многие перспективные направления остаются нераскрытыми. Это, помимо прочего, реакции бинарной конденсации замещенных амидинов, гуанидинов, аминоазолов и 1,2-диаминов с производными а,(3-непредельных кислот, вопросы механизмов и региоселективности превращений, а также дальнейшие модификации полученных соединений.

Настоящая работа выполнена в русле указанных проблем и представляет собой часть плановых научных исследований, проводимых на кафедре органической химии Воронежского Университета по теме «Разработка методов синтеза и исследование новых биологически активных соединений на основе кислород-, серу- и азотсодержащих гетероциклов» (Per. № 01.9.90001112).

Цель настоящего исследования заключалась в разработке стратегии и тактики синтеза новых линейно связанных и конденсированных гетероциклических систем на базе реакции производных а,[3-непредельных кислот с N-карбоксамидинами, арилгуанидинами, 3-амино-1,2,4-триазолом, 2-аминобензимидазолом и 1,2-диаминами; изучении закономерностей протекания реакций с различными циклизующими агентами; изучении свойств, строения, механизмов образования ряда азотистых гетероциклов.

Научная новизна. Установлена хемо- и региоселективность, предложены и обоснованы вероятные схемы протекания реакций: взаимодействия арилиден- и алкилиденпроизводных малонового и ц'иануксусного эфиров с 3-амино-1,2,4-триазолом, 2-аминобензимидазолом, N-карбоксамидинами;

- рециклизации арилмалеимидов при их взаимодействии с 3-амино-1,2,4-триазолом, 2-аминобензимидазолом, N-карбоксамидинами, арилгуанидинами.

- рециклизации арилмалеимидов при их взаимодействии с 1,2-диаминоэтаном, 1,2-диаминоциклогексаном.

Разработаны и систематизированы новые синтетические подходы к труднодоступным и ранее неизвестным линейно связанным и конденсированным полигетероциклическим системам на основе реакции производных а,Р-непредельных кислот с N-карбоксамидинами, арилгуанидинами, аминоазолами и 1,2-диаминами.

На основе масс-спектрометрического исследования сделан вывод об относительной устойчивости циклов в синтезированных соединениях.

Практическая значимость работы. Разработан ряд новых препаративно доступных способов получения:

- производных 2-амино-6-оксо-1,4,5,6-тетрагидропиримидина, содержащих различные функциональные группы, на основе циклизации упомянутых электрофилов с N-карбоксамидинами и арилгуанидинами;

- конденсированнх гетероциклических матриц: производных 4,5,6,7-тетрагидро-[1,2,4]триазоло[1,5-а]пиримидина и 1,2,3,4-тетрагидробензо-[4,5]-имидазо-[1,2-а]-пиримидина, путём циклизации производных а,Р-непредельных кислот с 3-амино-1,2,4-триазолом, 2-аминобензимидазолом соответственно; замещённых 3-оксопиперазинов и 3-оксодекагидрохиноксалинов, рециклизацией малеимидов при их взаимодействии с 1,2-диаминоэтаном и 1,2-диаминоциклогексаном.

На защиту выносятся результаты:

- разработки методов синтеза новых линейно связанных и конденсированных гетероциклических систем на основе N-карбоксамидинов, арилгуанидинов, 3-амино-1,2,4-триазола, 2-аминобензимидазола, 1,2-диаминоэтана, 1,2-диаминоциклогексана;

- изучения хемо- и региоселективности и обсуждения возможных схем взаимодействия N-карбоксамидинов, арилгуанидинов, 3-амино-1,2,4-триазола, 2-аминобензимидазола, 1,2-диаминоэтана, 1,2-диаминоциклогексана с арилиден-,. алкилиденпроизводными малонового и циануксусного эфиров, а также с арилмалеимидами;

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на IV Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2003); International conference "Chemistry of nitrogen containing heterocycles" (Kharkiv, Ukraine, 2003); IV Всероссийском симпозиуме по органической химии «Органическая химия - упадок или возрождение» (Теплоход Москва-Углич, 2003); VII международной научной школе-конференции «Актуальные проблемы органической химии» (Екатеринбург, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано .14 печатных работ: 10 статей, из них 7 в реферируемых журналах, 4 тезиса докладов конференций различных уровней.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, включая введение, выводы и обзор цитируемой литературы из 74 наименований; состоит из 3 глав, содержит 30 таблиц, 24 рисунка.

выводы

1. Проведено комплексное исследование по разработке методов направленного синтеза новых линейно связанных и конденсированных (поли)гетероциклических систем на основе органических производных гуанидина: N-карбоксамидинов, арилгуанидинов, 3-амино-1,2,4-триазола, 2-аминобензимидазола.

2. На основании обширных экспериментальных данных, установлено, что взаимодействуя с различными ациклическими 1,1,1Ч,М-бинуклеофилами, арил(алкил)иденмалоновые и -циануксусные эфиры приводят к образованию соединений ряда 6-оксо-1,4,5,6-тетрагидропиримидина. Реакция протекает хемо-и региоселективно, со средними и высокими выходами.

3. Экспериментально показано, что при реакции с амидинами, арилгуанидинами арилилмалеимиды через стадию присоединения по кратной связи по типу реакции Михаэля рециклизуются в различные замещённые 6-оксо-1,4,5,6-тетрагидропиримидины.

4. Найдено, что арилмалеимиды рециклизуются с 1,2-бинуклеофилами (этилендиамином и циклогександиамином) также с образованием шестичленных циклов — производных 3-оксопиперазинов и 3-оксодекагидрохиноксалинов соответственно. Процесс протекает в мягких условиях и хемоселективен.

5. Установлено, что реакции циклических 1,1-бинуклеофилов (3-амино-1,2,4-триазола и 2-аминобензимидазола), с арил(алкил)иденмалоновыми и -циануксусными эфирами протекают хемо- и региоселективно и приводят, соответственно, к 4,5,6,7-тетрагидро-[1,2,4]триазоло[1,5-а]пиримидинам и 1-,2,3,4-тетрагидробензо[4,5]имидазо[ 1,2-а]-пиримидинам.

6. Исследование взаимодействия арилмалеимидов с аминоазолами показало, что 3-амино-1,2,4-триазол и 2-аминобензимидазол вызывают рециклизацию арилмалеимидов в конденсированные гетероциклические матрицы - 5-карбанилидо-7-оксо-5,6,7,8-тетрагидро[ 1,2,4]триазоло[4,3-а]пиримидины и 2-оксо-4-карбанилидо-1,2,3,4-тетрагидробензо[4,5]имидазо[1,2-а]пиримидины, соответственно. Процесс требует более жёстких условий, чем реакция арилмалеимидов с ациклическими нуклеофилами, но более селективен.

7. Масс-спектрометрически установлена относительная устойчивость различных линейно связанных и конденсированных циклов в новых гетероциклических системах.

8. Разработан ряд новых препаративно доступных способов получения линейно связанных и конденсированных гетероциклических систем.

1. Smith P.A.S. The Chemistry of Open Chain Nitrogen Compounds / Smith P.A.S. Wiley New York, 1966. - 346 p.

2. The Chemistry of Amidines and Imidates: in 14 vol. / Gautier J.A., Miocque M., and Farnoux C.C. Wiley New York, 1975, vol. 7. - 283 p.

3. Anselm J.P. The Chemistry of the Carbon-Nitrogen Double Bond / Anselm J.P. Tetrahedron Lett., 1970. - 299 p.

4. Saito S. N-Substituted phenanthroimidazolamines from the reaction of phenantrenquinone with monosubstituted guanidines / S. Saito, H. Ozaki, H.E. Itano // Chem. Pharm. Bull. 1982. V.30, N.ll. - P. 3890-3896.

5. Quirosa-Guillou C. Reaction des guanidines avec les composes tricarbonyles vicinaux : nouvel acces aux composes a squelette 2-aminoimidazolique / C. Quirosa-Guillou, D.Z. Renko, C. Thai. // Tetrahedron. 1992. V.48, N.31. -P. 6385.

6. Kimiaki T. Reactions of 3-(2-Methyl-l,3-dioxolan-2-yl) tropolone Methyl Ethers with Hydrazynes, Thiourea, Guanidine and Amidines / I. Kimiaki, K. Yosuke, Y. Bing-Zhu // Y. Bull.Chem. Soc. Jpn. 1987. V.60, N.l. - P. 185-193.

7. Zhong-Tian J. Reactions of 3-Acrtylltropolone derivates with Guanidines / J. Zhong-Tian, I. Kimiaki, M. Hisashi // J. Chem. Soc. 1982. V.4. - P. 1037-1039.

8. Eicher T. Die Dihydropirimidines aus Diphenylyclopropenon und Guanidinen / T. Eicher, G. Franke // Liebigs Ann. Chem. 1981. V.8. - P.1337-1522.

9. Burmistrov K. Uber reactionen von p-Tolylbiguanid mit Benzil / K. Burmistrov, A. Fleck, H.W. Schramm // Sci. Pharm. 1994. V.62. - P. 172.

10. Morrin R.A. Cyclisations of ADCE with Guanidines / R.A. Morrin, J.D. Wallis // J. Chem. Soc. 1981 V.2. - P. 415-421.

11. Wendelin W. Uber die Reaktionen von Cyanoguanidin / W. Wendelien, H.-W. Schramm, I. Zmolnig // Monatshefte fur Chemie. 1981. V.112, N.2. - S. 853 - 866.

12. Wendelin W. Die Reaktionen von Nitriles mit Guanidin / W. Wendelien et all. // Monatshefte fur Chemie. 1981. В. 112. - S.1091 - 1098.

13. Шихалиев X.C. Хиназолил-2-гуанидины в реакциях гетероциклизации / Х.С.Шихалиев и др. // ХГС. 1999.— N.7. - С.934-936.

14. Jaeger / Ann., 1891. V.262. - P. 365-370; Muller / J. pract. Chem., - 1897. V.2, N.56. - P.475-477; Wheeler, Johnson / Am. Chem. J., - 1903. V.29. - P.496.

15. Combes, Combes / Bull. soc. chim. France, 1892. Vol.3 N.7. - P.791; Hale, Brill / J. Am. Chem. Soc. - 1912. 34. - P. 82; Benary / Ber., - 1930. 63 - P. 2601; Rupe, Huber / Helv, Chem. Acta. - 1927. 10. - P. 846.

16. Price. Reactions of Guanidines / Price, Moos // J. Am. Chem. Soc., 1945. V.67. - P.207.

17. Traube / Ber., 1893. 26. P. 2551; Michael / J. pract. Chem. - 1894. V.2, N.49. -P. 26.

18. Syntese von Dimethylpyrimdine a.p. 168405, 293163 Deutsh (1893).

19. Traube / Ber., 1904. V.37. P. 4544.

20. Traube/Ber., 1898. V.35.-P. 40.

21. Traube, Schwerz / Ber., 1899. 32. - S. 3163; Bowden, Jones / J. Chem. Soc., -1946. Vol. 13. - P. 953; Mentha/J. Am. Chem. Soc., - 1954. V.76. - P. 574.

22. Majima/Ber.,-1908. V.41.-P. 176.

23. Pohl / J. prakt. Chem., 1908. V.2, N.77. - P. 533.

24. Rose, Swain / J. Chem. Soc., 1945. V.32. - P.689; Leitch, Baker, Brickman, Can / J. Research, - 1947. (25B). 14. - P. 322 - 326.

25. Curd, Rose / J. Chem. Soc., 1946. V.362. - P. 341-345.

26. Jonak J.P. Synthesis and biological activity of some 5-substituted 2,4-diamino-6-alkylpyrimidines / J.P. Jonak, S.F. Zakrgewski, L.H. Mead // J. Med. Chem. 1972. V.15, N.6.-P. 662-665.

27. Hong Chung H., Piantadosi C., Ervin J.L. / J. Pharm. Sci. 1970. V.59, N.ll. -P.1637.

28. Carciun L., Horvat A., Mager S. / Stud. Univ. Babes-Bolyai. Chem. 1996. V.41, N.l. - P.35.

29. Basterfield S Studies in urethans, ITT. The preparation of various substituted urethans / S. Basterfield, H.N. Wright // J. Am. Chem. Soc. 1926. V.48. - P. 23712375

30. Hattori M.The preparation of guanidines / M. Hattori, S. Sato // J. Chem. Soc. Jap. 1975. V.10. - P.1780 - 1782.

31. Hale, Vibrans / J. Am. Chem. Soc. 1918. V.40. - P. 1060-1063.

32. Birtwell H. / J. Chem. Soc., 1953. V.42. - P. 1725-1728.

33. Brown D.J. The Dimroth rearrangement. XIV. The preparation and rearrangement of l,6-dihydro-6-imino-l-methylpyrimidine. / D.J. Brown, B.T. England / J. Chem. Soc. 1971. V.2. P.250.

34. Wendelien W. Synthesis and Structure Investigations of Potential Sedative and Anticonvulsant / W. Wendelien, K. Shermanz, K. Schweiger // Monatshefte fur Chemie, 1983. V.144. - P 1222-1226.

35. Kreutzberger A., Burger A. / Arch. Pharm. 1993. V.326, N.8. - P.473-475.

36. Kosaku H., Hironao S., Yuriko K., Yoshifumi M. / J. Chem. Soc. 1990. V.l. -P. 123-127.

37. Маклаев В.П., Вайс А.Л. / ХГС, 1975. (11). С. 1555-1558.

38. Kim Y.H. Cyclization of Guanidines with a,p-Unsaturated Ketones: Improved Synthesis of 2-Aminodihydropyrimidine Derivatives Containing Guanidine Moiety / Y.H. Kim, C.M. Yoon, N.J. Lee // Heterocycles, 1981. V. 16. (1), - P. 49-52.

39. Wendelin W. Reactions of guanidine and thiourea with unsaturated ketones / W. Wendelien, H. Kerbl // Monatshefte fur Chemie, 1984. V.l 15. - P. 309-325.

40. Wendelin W. Reaction of a,p-Unsaturated Ketones with Guanidine / W. Wendelien, A. Harler // Monatsh. Chem., 1974. V.105. P. 563.

41. Wendelin W. Synthesis and Structure Elucidation of Guanidines / W. Wendelin et all. // Monatsh.Chem., 1980. V.l 11. - P. 1399-1402.

42. Шихалиев X.C. Хиназолил-2-гуанидины в реакциях гетероциклизации / X.C. Шихалиев и др. // ХГС 2002. т.2. С.256.

43. Wendelien W. Reactions of Phenylbutenones with Guanidines / W. Wendelien, A. Harler// Monatsh. Chem. 1975. V.106. N.3. - P.563-565.

44. Wendelien W. Reactions of a,p-Unsaturated derivates with Guanidines / W. Wendelien, K. Shermanz// Monatsh. Chem., 1973. V.104, N.l. - P. 650-654.

45. Farouk H. Reaction of a,P-Unsaturated Ketones with Guanidine. Substituent Effects on the Protonation Constants of 2-Amino-4,6-diarylpyrimidines / H. Farouk, S. Salim// J. Heterocyclic Chem. 1982. V.l9.-P. 1087-1092.

46. Takehiko N. Reactions of p-Sulfenyl oc,p-Unsaturated Ketones with Guanidine, Amidines, and Diamines / N. Takehiko, T. Tatsuhiro, O. Yoshimory // J. Heterocyclic Chem. 1985. V.22. - P. 405-407.

47. Wendelien W. Dihydropyrimidines by Reaction of Pentadienones and Monosubstituted Guanidines / W. Wendelien, H.-W. Schramm, A. Blasi-Rabassa // Monatsh. Chem 1985. V.l 16. - P. 385-389.

48. Krapcho J., Chester F. US Patent 516306 / Chem. Abstr. 1975. 52. 43715.

49. Wendelin W. 2-Pyrimidinamines and Dihydro-2-pyrimidinamines by Reaction of Phenylbutenones and Monosubstituted Guanidines / W. Wendelin, R.Riedl // Monatsh. Chem. 1985. V.l 16, N.2. - P. 237-240.

50. Методы получения химреактивов и препаратов: / Саркисьянц С.А., ЯсницкийБ.Г.; М.: 1970-С6.21. -С. 67.

51. Sengupta S.K., Chatteijee S., Protopapa H.K., Modest E,J. / J. Org. Chem. -1972. V.32, N.9. P 1323-1326.

52. Перри Д.Р. Пат. СССР 1993701, C07D. 1977. 239. 3611.

53. Сугино К., Танака Т. Пат. Япония 23152,1970. 16Е461.

54. Takahashi M. Cyclization of Guanidines with a,P-Unsaturated Ketones: M. Takahashi, S. Onizava, R. Shioda / J. Chem. Soc. Jap., Chem. and Ind. Chem. 1972. V.7.-P. 1259.

55. Kaes E., Holzer J. Пат. ФРГ 2215896, C07d 1973 51 30.

56. Billings W.G., US Patent 3 501 469, Chem. Abstr. 1971 77 11456.

57. Сугино К., Танака Т. Пат. Япония 18866, 16Е612 1970

58. Adam J.M. Synthesis of Pyrimidobenzimidazoles and kondensierten Derivates / J.M. Adam, T. Winkler, G. Rihs // Helvetika Chimica Acta., 1982. Vol. 65. N.7. -P. 227-233.

59. Taylor E.C. Pteridines. XXVI. Preparation and properties of some 3,4- and 5,6-dihydropteridines / E.C. Taylor et all. // J. Amer. Chem. Soc. 1973. Vol. 95. N.19. -P. 6413-6427.

60. Кириллова M.A., Маретина И.А., Петров A.A. / ЖОХ 1971. (1). 14.

61. Moharir I.E. / Indian J. Chem. 1974. V.12, N.5. - P.490.

62. Pentimalli Z., Milani G. Gazz. Chirn. Ital. 1970. V.100, N.12. - P.l 106.

63. Крыльский, Д.В. Синтез 2-имино-3,4-дигидро-2Н-бензокса(тиа)золо3,2-а.-1,3,5-триазин-4-ОН9тион)ов взаимодействием бензокса(тиа)золил-2-гуанидинов с тозилизоцианатом и фенилизотиоцианатом / Д.В. Крыльский, Х.С. Шихалиев. ХГС, 2001 - N.4 . - С. 567-568.

64. Badawey EI-Sayed A.M., Карре Т. Arch. Pharm., 1997 V.330, N.3. - Р.59-62.

65. Шихалиев Х.С. Конденсация хиназолил-2-гуанидинов с карбонил-бензойными кислотами / Х.С. Шихалиев, А.В. Фалалеев, А.С. Соловьёв / Вестник ТГУ, 1999. т.4, вып.2. - С.255.

66. Общий практикум по органической химии под ред. Коста. — М. Мир., 1965. С. 445-448.

67. Моно- и бис- арилмалеинимиды / Лифиц А.Л., Вейцман А.А., Дистанова Л.Я. // Методы получения химических реактивов и препаратов. М.: ИРЭА. -1970. Вып. 22.-С. 114-117/

68. Preparation of substituted guanidines / McKay A.F., Hatton W.G., Braun R.O. // J. Am. Chem. Soc., 1956. V.78. - P. 1144.

69. A. Kampft / Ber., 1904. V.37. P.1691.

70. Романенко В.Д. о-Фенилендиамин в реакции с непредельными соединениями / Романенко В.Д. и др. // ХГС 1973 - №2. - С. 264-266.