Внутримолекулярная циклизация 1-S,S-диалкил(арил)-N-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов в нафто[1,2,3-cd]индол-6(2H)-оны тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

КАРГИНА ОЛЬГА ИВАНОВНА

Внутримолекулярная циклизация 1-5^-диалкил(арил)^-(9,10-антрахино11-1-ил)сульфоксимидов в иафто| 1,2,3-сгЦ ипдол-6(2 //)-оны

02.00.03 — органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Томск 2013

005058391

Работа выполнена на кафедре химии в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева»

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Горностаев Леонид Михайлович

Официальные оппоненты: Юсубов Мехман Сулейман оглы,

доктор химических наук, профессор, Сибирский государственный

медицинский университет (г.Томск), кафедра химии, зав. кафедрой

Колесник Василий Дмитриевич,

кандидат химических наук, ООО «НИОСТ» (г. Томск), лаборатория нефтехимического синтеза, зав. лабораторией

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский государственный

университет»

Защита состоится « 22» мая 2013 года в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.269.04 Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный Исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 43а, 2-й корпус ТПУ, Малая химическая аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный

Исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, Томск, ул. Белинского, 55.

Автореферат разослан «/9 » апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук, доцент

-, ^ ^ / Гиндуллина Т.М.

Общая характеристика работы

Актуальность. Гетероциклические производные хинонов вследствие своеобразия их строения, широкого спектра физических и химических свойств, а также проявления некоторыми из них биологической активности, широко исследуются в российских и зарубежных лабораториях. Особый интерес вызывают 9,10-антрахиноны, конденсированные в положениях 1,9 с пяти- и шестичленными азотистыми гетероциклами. Многие из таких соединений нашли широкое применение в качестве флуоресцентных красителей, биологически активных соединений. В последние годы производные нафто[1,2,3-о/]индол-6(2//)-она предлагают использовать в качестве компонентов электролюминесцентных композиций. Производные антра[1,9-сс(]пиразол-6(2//)-она много лет используются в качестве противораковых препаратов. Таким образом, наряду с традиционными перспективами использования подобных групп веществ в качестве красителей, азотистые гетероциклические производные 9,10-антрахинонов в настоящее время находят всё новые области и перспективы практического использования. Нафто[1,2,3-С£/|индол-6(2Я)-оны обладают комплексом интересных и полезных свойств, однако, их широкому исследованию препятствует невысокая доступность. Поэтому необходимым, на наш взгляд, является поиск простых способов получения таких веществ, а также углубленное изучение их свойств.

Диссертация выполнена на кафедре химии Красноярского государственного педагогического университета им В.П. Астафьева при финансовой поддержке грантов Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева (2009г - 12-09-1/НШ; 2011г - 01-11-1/НП; 2012г - 01-12-1/НП) и Министерства образования и науки РФ (2009-2011г- per. № 1.1.08; 2012-2013г - per. № 3.3999.2011). Цели работы.

• Разработка эффективных способов получения нафто[1,2,3-с<з?]индол-6(2/7)-онов путём 1,9-гетероциклизации 1 -5',5'-диалкил(арил)-Л'-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов.

• Изучение путей функционализации нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-онов с участием пиррольного кольца и карбоциклов.

• Изучение фотохимических превращений некоторых нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2й)-онов.

Научная новизна.

• Проведено систематическое исследование реакций 6//-6-оксоантра[ 1,9-сс/]изоксазолов с различными диалкил(арил)сульфоксидами; найдены удобные условия проведения реакций, позволяющие существенно упростить выделение целевых 1-5,5'-диалкил(арил)-Д'-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов.

• Впервые показано, что циклизация 1 -¿',5-диалкил(арил)-А'-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов в нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-оны сопровождается образованием сульфиновых кислот. На основании этого предложен механизм гетероциклизации. /

/

7

• Впервые установлено, что при внутримолекулярной гетероциклизации 1-5,5-дипропил- и 1 -5,5-дибутил-Д'-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов образуются не только 1-этил- и 1-пропилнафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-оны, но и их гидроксилированные по а-углеродному атому производные.

• Впервые показано, что атом хлора или нитрогруппа, находящиеся в положении 4 1-5',5-диметил-А'-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимида обладают высокой нуклеофильной подвижностью, что позволяет получать целевые функционализированные нафто[ 1,2,3-сг/]индол-6(2//)-оны в одну технологическую стадию.

• Впервые разработаны способы функционализации нафто[1,2,3-«/]индол-6(2//)-онов по пиррольному циклу. Найдено, что нитрогруппа в 1-нитронафто[1,2,3-сйГ]индол-6(2Я)-онах замещается под действием A'-, S-, О-нуклеофилов. Найдено, что аминометилирование нафто[1,2,3-сг/]индол-6(2//)-она протекает по атому азота.

• Впервые установлено, что 5-арилоксинафто[1,2,3-с^индол-6(2//)-оны обладают фотохромными свойствами. При облучении этих веществ монохроматическим светом с длиной волны 365 нм (436 нм) образуются фотоиндуцированные формы, которым на основании квантовохимических расчётов и спектральных данных приписана структура 6-арилоксинафто[1,2,3-с^]индол-5(2Д)-онов. Обнаружено, что 6-арилоксинафто[1,2,3-с£/]индол-5(2//)-оны при облучении светом с длиной волны 546 нм изомеризуются в исходные 5-арилоксинафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-оны. Впервые установлено, что фотохромизм данных соединений реализуется только в отсутствие кислорода. Практическая значимость.

1. Предложен удобный способ получения и выделения 1 -5,5-Диалкил(арил)-N-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов.

2. Предложен способ получения функционализированных по карбоциклу нафто[1,2,3-сс/]индол-б(2//)-онов.

3. Разработаны способы получения функционализированных нафто[1,2,3-сй(|индол-6(2#)-онов по гетерокольцу путём нуклеофильного замещения нитрогруппы, находящейся в положении 1, а также путём аминометилирования по атому азота. Полученные продукты перспективны для испытания их биологической активности. Апробация работы. Результаты настоящей работы были представлены

на международной конференции по химии «Основные тенденции развития химии в начале XXI века» (Санкт-Петербург, 2009); «Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН» (Москва, 2009); International Symposium «Advanced Science in Organic Chemistry» (Крым, 2010); XIV молодежной конференции по органической химии (Екатеринбург, 2011); International conference «Current Topics in Organic Chemistry» (Novosibirsk, 2011); II Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи, материалы 8 докладов, тезисы 5 докладов.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков. Состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы (102 ссылки) и приложений. Положения, выносимые на защиту.

1. Удобный способ получения и выделения 1-5,Л,-Диалкил(арил)-Л'-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов из 6Я-6-оксоантра[ 1,9-сс/]изоксазолов.

2. Синтез нафто[1,2,3-сйГ)индол-6(2/1г)-онов внутримолекулярной циклизацией 1 -5,5-диалкил(арил)-,\'-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов; полученные экспериментальные данные о механизме изученной гетероциклизации.

3. Функционализация нафто[1,2,3-сйГ]индол-6(2Я)-онов и некоторых их предшественников.

4. Фотоперегруппировка 5-арилоксинафто[1,2,3-с£/]индол-6(2Я)-онов в 6-арилоксинафто[ 1,2,3-сс/]индол-5(2Я)-оны.

Основное содержание работы

1. Синтез 1-1?^'-диалк11л(ар11л)-Лг-(9,10-а11трахино11-1-11л)сульфокс11мидов

Нагреванием 6Я-6-оксоантра[1,9-сс?]изоксазолов (1а-ж) с диалкил(арил)сульфоксидами получен ряд 1 -5-,5-диалкил(арил)-Д'-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов (2а-м).

В случае использования ДМСО в качестве реагента реакцию проводили в его избытке; с другими сульфоксидами - в тетраметиленсульфоне, о-дихлорбензоле. Обнаружено, что в качестве побочных продуктов при использовании диалкил(арил)сульфоксидов получаются 1-аминоантрахиноны (За-ж):

1, 3, Я' = н. Я" = Н («). С1 (6), ОМе (в), 0С6Н,-4-Ме (г), ОС6Н.,-4(-Ви (д), N0, (е); Я' » С1, Я4 = Н (ж);

2, Я1 = Я! - Ме, Я' = Н, Я4 = Н (а), С1 (б), ОМе (в), ОС6Н4-4-Ме (г), 0С6Н4-4/-Ви (д), N0; (е);

Я1 = Я' - Ме, Я> = С], Я4 - Н (ж); Я' = Ме, Я: = С6Н,-4-Ме, Я1 = Я4 = Н (з); Я1 = Я1 = Е1, Я' - Н, Я4= Н (и), С1 (к);

Я1 = Я1 = Рг, Я3 = Я4 = Н (л); Я1 = Я1 = Ви, Я5 = Я4 = Н (м).

По-видимому, сульфоксимиды (2а-м) получаются путём расщепления изоксазольного цикла с образованием нитрена. Нитрен, находясь в синглетном состоянии, захватывает пару электронов атома серы и даёт сульфоксимиды (2а-м). В результате интеркомбинационной конверсии синглетного нитрена в

триплетный и последующего дегидрирования сульфоксида образуются 1-аминоантрахиноны (За-ж):

Данные предположения были подтверждены в отдельно проведённых опытах. При кипячении изоксазолантрона (1а) с ДМСО в о-дихлорбензоле 1-аминоантрахинон (За) практически не образовывался, в то время как при кипячении соединения (1а) с ДМСО в бромбензоле получалось около 12% 1-аминоантрахинона (За).

Найдено, что удобным растворителем для проведения реакции (1—>2) и облегчения выделения целевых сульфоксимидов (2а-м) оказался тетраметиленсульфон. Использование этого растворителя позволяет после завершения реакции (1—>2) отделить 1-аминоантрахиноны (За-ж) путём разбавления реакционной массы уксусной кислотой и обработкой нитрозилсерной кислотой. При этом 1-аминоантрахиноны (За-ж) отделяются в виде водорастворимых продуктов их диазотирования. Таким образом, сульфоксимиды (2а-м) были выделены с высоким выходом без хроматографической очистки.

Таблица 1. Результаты реакций 6Н-б-оксоантра[1,9-сй]изоксазолов с дилкш(арш)сульфоксидами____

№ Субстрат Продукт Время Выход, % Температура

п/п реакции, мин плавления, °С

1 1а 2а" 60 81 150-151

2 16 26* 150 71 185-187

3 1 в 2в* 120 88 197-199

4 1 г 2г 60 78 168

5 1 д 2д 150 83 162

6 le 2е* 60 94 261-262

7 1ж 2ж 120 84 232

8 1а 2з 90 66 170-171

9 1а 2и 180 67 119-121

10 16 2к 120 70 128-129

11 1а 2л 210 68 102-103

12 1а 2м 210 68 78-79

13 1а 2н 60 68 129-130

*-получены по известной методике

2.1,9-Гетероциклизация 1-5уУ-диалкил(арил)-Л'-(9,10-антрахинон-1-ил) сульфоксимидов в нафто[1,2,3-«/]индол-6(2#)-оны

Сульфоксимиды (2а-д, ж, з, и, к) при кипячении в тетрагидрофуране в присутствии метилата натрия превращаются в нафто[ 1,2,3-ссфшдол-6(2//)-оны (пирролантроны) (4а-з):

2а-д, ж, з, и, к

4, Я = Я3 = Н, Я4 = Н (а), С1 (б), ОМе (в), ОС6Н„-4-Ме (г), ОС6Н„-4/-Ви (д), Я = Я4 = Н, Я3 = С1 (е); Я = СН„ Я3= Н, Я" = Н (ж), С1 О)

Для получения аргументов, позволяющих установить механизм циклизации (2—>4) нами выделены побочные продукты. Так, при гетероциклизации соединения (2з) помимо нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2#)-она (4а) была выделена и идентифицирована натриевая соль и-толу о л сул ьф и но во й кислоты (5) с выходом 76%. На основании этих данных предложен следующий маршрут данной гетероциклизации:

Тиазин (А), при проведении циклизации (2з—>4а), хроматографически не был обнаружен, вероятно, из-за высокой активности.

Несколько иначе протекала гетероциклизация 1 -З^-дипропил- (2л) и 1-5,5-дибутилсульфоксимидов (2м). В результате кипячения в тетрагидрофуране в присутствии метилата натрия наряду с ожидаемыми 1-этил- (6а) и 1-пропилпирролантронами (66) образовывались 1-(1-гидроксиэтил)- (7а) и 1-(1-гидроксипропил)пирролантроны (76). Причем соотношение продуктов (6, 7) составляло 3:1, соответственно.

2, Я = Ме (л); 11= Е1 (м); 6, 7, Я = Ме (а) Я= Е1 (6)

Проведение данной гетероциклизации как в присутствии кислорода воздуха, так и в аргоне не влияло на соотношение продуктов (6, 7). Кроме того, многочасовое кипячение пирролантронов (6а, б) в условиях циклизации (МеОЫа, ТГФ) не приводило к их гидроксилированию по а-метиленовой группе. На основании данных результатов мы полагаем, что появление гидроксильной группы в положении / может быть объяснено внутримолекулярным окислением интермедиата (Б). В таком случае побочным продуктом, получающимся при циклизации (2л, м—>6, 7) может быть соответствующая алкилсульфеновая кислота. Хромато-масс-

спектрометрическим методом установлено, что при превращении дибутилсульфоксимида (2м) наряду с главными продуктами (66, 76) образуется дибутилдисульфид, который очевидно получается в результате термического диспропорционирования бутилсульфеновой кислоты.

Таблица 2. Результаты гетероциклизации 1 -3^-диапкил(арил)-Ы-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимадов в нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2Н)-оны_

№ Субстрат Продукт Время Выход, % Температура

п/п реакции, мин плавления, °С

1 2а 4а* 5 95 251-252

2 26 46* 10 94 312-314

3 2в 4в 90 84 281-282

4 2г 4г 90 98 283-284

5 2д 4д 60 85 >320

6 2ж 4е 20 86 317-318

7 2з 4а 20 91 251-252

8 2и 4ж 30 84 296-298

9 2к 4з 60 79 345

10 2л 6а 20 66 244

7а 25 278

11 2м 66 30 73 205

76 23 255

♦-получены по известной методике

3. Синтез нафто[1,2,3-а/]индол-6(2Я)-онов на основе функционализированных 1-5'уУ-д11метил-Лг-(4-хлор-9,10-а11трахино11-1-ил)-и 1-5у5-диметил-Лг-(4-нитро-9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов

Сульфоксимиды (2) представляют собой малоизученную группу производных 9,10-антрахинона. Учитывая достаточно высокую нуклеофильную подвижность атома хлора или нитрогруппы в соответствующих 9,10-антрахинонах мы изучили отношение сульфоксимидов (26, е) к аминам.

Нами установлено, что атом хлора в сульфоксимиде (26) и нитрогруппа в сульфоксимиде (2е) обладают высокой нуклеофильной подвижностью по отношению к вторичным алифатическим аминам.

Так, при кипячении 4-хлорсульфоксимида (26) в избытке морфолина в течение 3-х часов нами был выделен 4-морфолиносульфоксимид (2н) с выходом 68%:

При кипячении в ТГФ с метилатом натрия сульфоксимид (2н) превращается в 5-морфолинопирролантрон (4и):

На примере 4-нитросульфоксимида (2е) показано, что нуклеофильное замещение нитрогруппы пирролидином и дальнейшую циклизацию в 5-пирролидинопирролантрон (4к) можно проводить без выделения промежуточного сульфоксимида (2о):

4. Синтез 1,5-биссульфоксимидов из антра[1,9-с</:5,10-с',^1бисизоксазола

С целью получения дополнительных данных о маршруте циклизации сульфоксимидов в пирролантроны нами были синтезированы 1,5-биссульфоксимиды (9а, б) и изучено их поведение в основно-катализируемых средах.

Синтез 1,5-бис{ [диметил(оксидо)-Х4-сульфанилиден]амино}-9,10-

антрахинона (9а) проводили по усовершенствованной методике нагреванием антра[1,9-сй?:5,10-с',йР]бисизоксазола (8) в ДМСО при 120-130°С:

1,5 -Бис [(1 -оксидотетрагидро)-1Н-1 /Лтиен-1 -илиден)амино]-9,10-антрахинон (96) также получали из бисизоксазола (8) нагреванием в тетраметиленсульфоне с тетраметиленсульфоксидом при 140°С:

При получении биссульфоксимидов (9а, б) в качестве побочных продуктов, наблюдалось образование 1,5-диамино-9,10-антрахинона (Зз). Поэтому по окончании реакции реакционную смесь, предварительно охлажденную до 18 - 20°С, разбавляли уксусной кислотой и обрабатывали нитрозилсерной кислотой.

5.1,9-Гетерош1клизация 1,5-биссульфоксимидов

Установлено, что 1,5-биссульфоксимид (9а) по-разному реагирует в ТГФ и диоксане в присутствии метилата натрия. Так, при обработке биссульфоксимида (9а) метилатом натрия в кипящем ТГФ с высоким выходом образуется 7-{[диметил(оксидо)-/Лсульфанилиден]амнно}нафто[1,2,3-

сс/]индол-6(2//)-он (10):

При кипячении биссульфоксимида (9а) с метилатом натрия в диоксане получен 2-метил-8Я-2А.4-[1,2]тиазино[5',4',3':4,5]нафто[1,2,3-С£/]индол-2-оксид (11); продукт (10) в этих условиях гетероциклизации также превращается в соединение (11). Причем реакция (9а—>11) протекает последовательно. Сначала наблюдается образование продукта (10), который постепенно превращается в соединение (11):

Дальнейшее сужение тиазинового цикла до пиррольного при кипячении соединения (11) в высококипящих растворителях (этилцеллозольв, бромбензол) в присутствии оснований (МеОЫа, КОН), не происходило. По-видимому, пиррольный остаток стабилизирует 2-метил-8/7-2>Л

[1,2]тиазино[5',4',3':4,5]нафто[1,2,3-сс/]индол-2-оксид (11), в то время, как сульфоксимид (9а), а также имиды (2) очень легко циклизуются в пирролантроны, что свидетельствует, на наш взгляд, о дестабилизирующем влиянии антронового остатка на соответствующие тиазины.

Таким образом, нами был выделен первый представитель антрахиноидных тиазиноксидов (11). Его строение подтверждено физико-химическими методами. Так, в масс-спектре пик молекулярного иона = 292 соответствует молекулярной формуле С,7Н]2^08, а осколочный ион [Л/ -63] = 229, очевидно образуется путем отщепления фрагмента СН380 от молекулярного иона. В спектре ЯМР 'Н в области 3.50 м.д. наблюдается синглетный сигнал трёх протонов СН3-группы, а при 7.90 м.д. — дублетный сигнал протона СН-группы тиазинового цикла.

Характерно, что сульфоксимиды (2п, 96), полученные на основе изоксазола (1а) или бисизоксазола (8) и тетраметиленсульфоксида, достаточно легко циклизуются в тиазины (12, 13), однако, сужение циклов в полученных продуктах (12,13) в мягких условиях не наблюдается:

По-видимому, триметиленовый фрагмент пространственно затрудняет атаку атома серы основанием (ОН", МеО") в молекулах веществ (12,13).

6. Функционализация пиррольного цикла в нафто[1,2,3-с</]индол-6(2Я)-

онах

6.1. Аминирование 1-нитронафто[1,2,3-с^]индол-6(2//)-онов

Изучено отношение первичных и вторичных алифатических аминов к 1-нитронафто[1,2,3-сг/]индол-6(2//)-онам (14а, б).

1-Нитронафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-оны (14а, б) получали по известной методике нитрованием пирролантрона (4а) или последовательным метилированием соединения (4а) и нитрованием.

Оказалось, что при кипячении пирролантронов (14а, 6) в этилцеллозольве с избытком соответствующего амина нитрогруппа достаточно легко замещается на остаток алифатического амина:

14, Я1 = Н (я). Ме (б);

15, Я1 - Н, Я*, Я' = (СН2)40 (а), (СН2)4 (б). (СН2)4ЫС00Е1 (в); (СН2)4ЫМе (г) Я1 = Ме. Я2, Я' = (СН2)5 (д); Я1 - Ме, Я2 = Н, Я3 = Рг (е), ;-Ви (ж)

Высокую активность 1-нитропирролантронов (14а, б) к аминам можно объяснить структурными особенностями этих веществ, а именно электроноакцепторным влиянием антронового ядра на пиррольный цикл.

Таблица 3. Результаты амииирования 1-нитронафто[1,2,3-сс1]индол-6(2Н)-онов первичными и вторичными алифатическими аминами в этилцеллозольве при 136°С ________________

№ п/п Субстрат Реагент Продукт Время реакции, мин Выход, % Температура плавления, °С

1 14а /—\ "V/ 15a 180 92 306-307

2 14а Q н 156 20 80 243-244

3 14а /—\ .о 1-IN N—^ N-f O-Et 15в 240 79 285-286

4 14а 15r 90 90 186

5 146 0 н 15д 30 56 193-194

6 146 .цы------ 15e 40 79 235-236

7 146 H.N'^Y"' Me 15ж 40 76 183-184

Высокая доступность 1-нитронафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-онов (14а, б) и лёгкость их амииирования открывает простой путь к 1-аминопирролантронам (15а-ж).

6.2. Замещение нитрогруппы в 1-нитро-2-метилнафто[1,2,3-с//]индол-6(2Н)-

оне О- и »У-нуклеофилами

Установлено, что нитрогруппа, находящаяся в положении / пирролантрона (146) может подвергаться нуклеофильному замещению не только алифатическими аминами, но и О-, 5-нуклеофилами.

Реакцию нуклеофильного замещения нитрогруппы в 1-нитро-2-метилпирролантроне (146) проводили в ДМСО в присутствии К2С03 и температуре 50-70°С:

17, R = Н, X = О (I); R = Me, X = S (б), R = /-Bu, X = О (в)

Таблица 4. Результаты нуклеофильного замещения нитрогруппы в ¡-нитро-2-мет14лнафто[1,2,3-сс1]индол-6(2Н)-оне О- и Б-иуклеофилами в ДА/СО в присутствии К2СО3 при 50-70° С _____________

№ п/п Реагент Продукт Время реакции, мин Выход, % Температура плавления, °С

1 О 16 40 80 228

2 он 17а 20 72 182

0 Ме 176 20 84 216-217

4 ОН Ме. 17в 30 87 156

6.3. Нуклеофильное замещение атома хлора в 1-хлорацетиламино-2-метилнафто[1,2,3-а/]индол-6(2Я)-оне вторичными алифатическими аминами

На основе 1-хлорацетиламино-2-метилнафто[1,2,3-«/]индол-6(2//)-она (19) синтезирована группа веществ (20а-г). Исходное соединение (19) было получено по следующей схеме:

В амиде (19) атом хлора сохраняет нуклеофильную подвижность и при его взаимодействии со вторичными аминами получены соответствующие со-диалкиламинопроизводные (20а-г):

С,->" .сн,

НГ^_N-11

К^СО,, ДМСО, 60"С

к"0>й сн,

20,1* =

К=Ме(а);СН2Р|1(б),—СН2-<>0

Таблица 5. Результаты нуклеофильного замещения атома хлора в 1-хлорацетмамино-2-метилнафто[1,2,3-сс1]11ндол-6(2Н)-оне вторичными алифатическими аминами в ДМСО при 60"С

№ п/п Реагент Продукт Время реакции, мин Выход, % Температура плавления, °С

1 II_^д-Ме 20а 30 84 261

2 .сгсп! 206 30 72 225

3 /—\ ы=\ • н\ ) 4—' ы^ 20в 240 89 256

4 .охо 20г 120 84 255

6.4. Аминометилирование нафто[1,2,3-с</|нндол-6(2/7)-она

На примере нафто[1,2,3-сй(|индол-6(2//)-она (4а) показана возможность аминометилирования по атому азота. Реакцию проводили по следующей схеме:

21, Х = 0(а), 96% Х = №Ь(б), 83%

Таким образом, нами получены первые представители Л'-аминометильных производных нафто[1,2,3-С(/]индол-6(2//)-она.

7. Фотохимические превращения нафто[1,2,3-с</]индол-6(2//)-онов *

5-Арилоксинафто[1,2,3-сй(]индол-6(2Я)-оны (4г, д) являются светочувствительными соединениями. Вещества (4г, д), при облучении монохроматическим светом с длиной волны 365 нм в течение нескольких

минут превращаются в 6-арилоксинафто[1,2,3-сй/]индол-5(2/7)-оны (22, 23) (см. рис. 1).

Обратный процесс - переход в исходные соединения (4г, д) наблюдался при облучении растворов фотоиндуцированных форм (22, 23) светом с длиной волны 546 или 576 нм (см. рис. 2).

22, Я = Ме; 23, Я = <-Ви

Рисунок 1. ЭСП 5-(4-метилфемокси) нафто[1,2,3-«^индол-6(2#)-она (4г) в толуоле в отсутствие кислорода (С=1-10" моль/л): 1 - исходный раствор (4г); 2 -раствор (4г), облучённый в течение 1 мин светом с длиной волны 365 нм

Л. нм

Рисунок 3. ЭСП поглощения 5-(4-метилфенокси)нафто[1,2,3-«/]индол-6(2Я)-она (4г) в толуоле в присутствие кислорода (С=0.6-10"4 моль/л): 1 - исходный раствор; 2, 3 - изменения раствора / в ходе фотолиза светом с длиной волны 365 нм в течение 2 мин (2), 9 мин (3).

Рисунок 2. ЭСП 6-(4-метилфенокси) нафто[ 1,2,3-а/]индол-5(2Я)-она (22) в толуоле в отсутствие кислорода (С=Г10"4 моль/л): 1 - исходный раствор (22); 2 -раствор (22), облучённый в течение 1 мин светом с длиной волны 546 нм

Необходимо заметить, что фотопревращения (4г, д—>22, 23; 22, 23—>4г, д) протекают только в отсутствие кислорода воздуха (сначала содержимое кюветы дезазрировали аргоном и только затем подвергали фотолизу). Фотолиз 5-

арилоксипирролантронов (4г, д) на воздухе приводит к деградации исходных веществ, однако, время, необходимое для фоторазложения продукта (4г) заметно меньше, чем для незамещённого пирролантрона (4а), но существенно большее, чем для изомеризации (см. рис. 3).

В лаборатории механизмов реакции (ИХКГ СО РАН) методом TD-B3LYP/6-31 +G(d) рассчитаны спектры поглощения 5-(4-метилфенокси)нафто[1,2,3-с£/]индол-6(2Я)-она (4г) и 6-(4-

метилфенокси)нафто[1,2,3-сс/]индол-5(2#)-она (22). Расчеты проводились в программе Gaussian 09. Расчётные спектральные данные согласуются с экспериментальными.

Накопление фотоиндуцированных ана-хинонов (22, 23) возможно только в отсутствие кислорода, что создаёт трудности их препаративного выделения. Поэтому мы исследовали реакции фотоиндуцированной формы (22) без её выделения.

Установлено, что при добавлении избытка н-пропиламина к раствору ана-формы (22) электронный спектр практически не изменяется. Более того, после добавления н-пропиламина результирующий раствор сохраняет фотоактивность. По-видимому активность фотоиндуцированной формы (22) к действию нуклеофилов понижена из-за электронодонорного действия я-избыточного пиррольного цикла на арилоксиеноновый фрагмент:

Полученные нами экспериментальные данные для фотоциклизации 5-арилоксинафто[1,2,3-саГ|индол-6(2#)-онов (4г, д) в 6-арилоксинафто[ 1,2,3-с£/]индол-5(2Я)-оны (22, 23) свидетельствуют о том, что после возбуждения исходные соединения (4г, д) переходят в синглетное состояние; далее происходит S—>Т переход и арилотропная фотоперегруппировка происходит из триплетного состояния:

R

Косвенным подтверждением такого пути фотоциклизации перегруппировки является её протекание только в отсутствие кислорода. Как известно, кислород является эффективным тушителем флуоресценции, поэтому возможно, что кислород не только тушит флуоресценцию, но и вступает во взаимодействие с возбуждённой триплетной формой, что приводит к фотоокислению 5-арилоксипирроантронов (4г, д) при облучении на воздухе.

* Данная часть исследования выполнена в лаборатории механизмов реакций Новосибирского института химической кинетики и горения СО РАН совместно с к.х.н, доцентом Притчиной Еленой Анатольевной и д.х.н,, профессором, заведующей лабораторией Грицан Ниной Павловной.

Выводы

1. Разработан препаративно удобный способ получения 1-5,5-диалкил(арил)-Л'-(9,1О-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов.

2. Обнаружено, что атом хлора и нитрогруппа, находящиеся в положении 4 1 -5,5-диметил-Л'-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимида обладают высокой нуклеофильной подвижностью по отношению к вторичным алифатическим аминам, что позволяет модифицировать данные соединения.

3. На основании экспериментальных данных предложен механизм циклизации 1-5,5-диалкил(арил)-;У-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов в нафто[1,2,3-со0индол-6(2//)-оны.

4. Установлено, что 1,5-бис{[диметил(оксидо)-Л4-сульфанилиден]амино}-9,10-антрахинон и 1,5-бис[( 1 -оксидотетрагидро)-1 Я-1 Х4-тиен-1 -илиден)амино]-9,10-антрахинон циклизуются в производные 9,10-антрахинона, содержащие тиазин-8-оксидный цикл.

5. Предложены способы функционализации пиррольного цикла в нафто[1,2,3-соГ]индол-6(2//)-онах; в 1-нитронафто[1,2,3-«/]индол-6(2//)-онах путём замещения нитрогруппы О-, 5-, 7У-нуклеофилами; в нафто[1,2,3-с^индол-6(2Я)-оне - аминометилированием.

6. Обнаружены фотохромные свойства 5-арилоксинафто[ 1,2,3-с</|индол-6(2Я)-онов. Установлено, что фотохимическая изомеризация 5-арилоксинафто[1,2,3-С£/]индол-6(2//)-онов в 6-арилоксинафто[1,2,3-су/1"ндол-5(2//)-оиы протекает только в отсутствие кислорода.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Горностаев Л.М. Синтез 1-аминонафто[1,2,3-сс(|индол-6(2//)-онов / JT.M. Горностаев, О.И. Каргина // Химия гетероциклических соединений. -2012.-№ 8.-С. 1262- 1265.

2. Каргина О.И. Синтез и особенности внутримолекулярных основнокатализируемых гетероциклизаций 1-S, S-д и ал к и л- Д'-( 9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов в нафто[1,2,3-«/]индол-6(2//)-оны / О.И. Каргина, Л.М. Горностаев, A.A. Нефёдов // Журнал органической химии. - 2013. - Т. 49. - Вып. 1. - С. 70 - 77.

3. Каргина О.И. Функционализация пиррольного цикла в нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-онах / О.И. Каргина, A.B. Биндарева, Л.М. Горностаев // Бутлеровские сообщения. -2013. - Т. 33. -№ 1. - С. 55 - 60.

4. Горностаев Л.М. Особенности гетероциклизаций 8,8-дизамещенных N-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов в 2,6-дигидронафто[1,2,3-сё]индол-6-оны / Л.М. Горностаев, О.И. Каргина, О.И. Крипан, Т.И. Лаврикова // Тезисы международной конференции по химии «Основные тенденции развития химии в начале XXI века». - Санкт-Петербург. -2009.-С. 347.

5. Горностаев Л.М. Анализ методов синтеза нафто[1,2,3-сс1]индол-6(2Н)-онов / Л.М. Горностаев, О.И. Каргина, Т.И. Лаврикова // Тезисы Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. - Москва. - 2009. - С. 152.

6. Каргина О.И. О препаративных особенностях и механизме основнокатализируемых превращений 1-8,8-диалкил(арил)-М-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов в 6-оксо-6Н-нафто[1,2,3-сс1]индолы / О.И. Каргина, Л.М. Горностаев // Материалы IV Региональной научно-практической конференции «Химическая наука и образование Красноярья». -Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 2010. - С. 65 - 69.

7. Каргина О.И. Синтез функционализированных нафто[1,2,3-сс1]индол-6(2Н)-онов и 1-этаноламино-7-оксо-7//-нафто[1,2,3-ёе]хинолинов / О.И. Каргина, Е.М. Матонина, Т.И. Лаврикова, Л.М. Горностаев // Тезисы International Symposium «Advanced Science in Organic Chemistry». -Mischor, Crimea. - 2010. С.139.

8. Горностаев Л.М. Синтез и фотофизические свойства функционализированных бензофуразанов, антра[ 1,9^]изоксазол-6-онов, 7#-дибензо|Ту]изохинолин-2,7(ЗЛ/)-дионов и 2,6-дигидронафто[1,2,3-cd]индoл-6-oнoв / Л.М. Горностаев, А.Г. Сизых, Е.А. Слюсарева, М.А. Герасимова, В.В. Салмин, Е.А. Бочарова, О.И. Каргина, A.C. Кузнецова, Т.И. Лаврикова // Химия и биологическая активность синтетических и природных соединений: Материалы международной конференции «Современные аспекты химии гетероциклов». - Санкт-Петербург. - 2010. -С. 248-252.

9. Каргина О.И. Реакции 1-нитронафто[1,2,3^]индол-6(2Н)-онов с алифатическими аминами / О.И. Каргина, М.В. Вигант, Л.М. Горностаев

// Материалы «XIV Молодежной конференции по органической химии». - Екатеринбург. - 2011. - С. 384 - 385.

10. Каргина О.И. Фотохромизм 5-арилоксинафто[1,2,3-сс1]индол-6(2Н)-онов / О.И. Каргина, О.В. Абросимова, Е.А. Притчина, Л.М. Горностаев // Материалы V Региональной научно-практической конференции, посвященной Году химии «Химическая наука и образование Красноярья». - Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 2011. - С. 40 -44.

11. Каргина О.И. Синтез и свойства 1 -нитронафто[1,2,3-саг|индол-6(2/7)-онов / О.И. Каргина, М.В. Вигант, Л.М. Горностаев // Материалы V Региональной научно-практической конференции, посвященной Году химии «Химическая наука и образование Красноярья». - Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева.-2011.-Ч. 2.-С. 178- 182.

12. Gornostaev L.M. Novel 1,9- and 2,1-heterocyclization of derivatives anthra-and naphthoquinones / L.M. Gornostaev, A.E. Devyashina, O.I. Kargina // Тезисы International conference «Current Topics in Organic Chemistry». -Novosibirsk.-2011.-P. 37.

13. Каргина О.И. Синтез и свойства функционализированных нафто[1,2,3-са]индол-6(2Н)-онов / О.И. Каргина, Е.А. Притчина, Н.П. Грицан, Л.М. Горностаев // Тезисы II Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Успехи синтеза и комплексообразования». Секция «Органическая химия». - Москва, РУДН. - 2012. - Ч. 1. - С. 56.

14. Каргина О.И. Синтез и фотолиз 7-феноксинафто[1,2,3-с^]индол-6(2Я)-она / О.И. Каргина, А.В. Биндарева, Е.А. Притчина // Материалы VI Региональной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева и 70-летию Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого «Химическая наука и образование Красноярья». - Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. -2012. - С. 30 - 33.

15. Каргина О.И. Функционализация ^метилнафто[1,2,3^]индол-6(2Н)-она / О.И. Каргина, А.В. Биндарева // Материалы VI Региональной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева и 70-летию Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого «Химическая наука и образование Красноярья». - Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 2012. - С. 33 -39.

16. Каргина О.И. Синтез производных нафто[1,2,3^]индол-6(2Н)-она с потенциальной биологической активностью / О.И. Каргина, А.В. Биндарева, Л.М. Горностаев // Материалы V Всероссийской (с международным участием) научно-методической конференции учителей, преподавателей, студентов, магистрантов и аспирантов дисциплин естественнонаучного цикла «Современные проблемы естественнонаучного образования». - Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 2012. - С. 258 - 259.

Подписано в печать 18.04.2013 Формат 60x84/16 Бумага «Svetocopy». Печать XEROX. Усл.печ.л. 11,86. Уч. -изд.л. 10,46. Заказ 18.04.13/2- 19. Тираж ПОэкз

ООО «СКАН», Студенческий центр, 634050, Томская область, г. Томск, Ул. Советская,80, тел.: (3822) 56-17-26.

¿>с'ап

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Красноярский государственный педагогический университет

им. В.П. Астафьева»

На правах рукописи

0420135546В

Каргина Ольга Ивановна

ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНАЯ ЦИКЛИЗАЦИЯ 1-5^-ДИАЛКИЛ(АРИЛ) -ЛГ-(9ДО-АНТРАХИНОН-1-ИЛ)СУЛЬФОКСИМИДОВВ НАФТО[1,2,3-а)]ИНДОЛ-6(2Я)-ОНЫ

02.00.03 - органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Горностаев Л.М.

Красноярск - 2013

%

Оглавление

Список сокращений..........................................................................5

Введение.........................................................................................6

Глава 1. Обзор литературы...................................................................9

1.1. 1,9-Гетероциклизации производных 9,10-антрахинона

с образованием 3//-нафто[1,2,3-а?е]хинолин-2,7-дионов.......................9

1.1.1. Синтез 3//-нафто[1,2,3-^е]хинолин-2,7-дионов на основе 1-ацетиламино-9,10-антрахинонов..............................................9

1.1.2. Синтез 3#-нафто[1,2,3-с/е]хинолин-2,7-дионов на основе 1-хлорацетиламино-9,10-антрахинонов.......................................11

1.1.3. Синтез 3//-нафто[1,2,3-£/е]хинолин-2,7-дионов на основе

«

Ь^-нитрозо-ТУ-алкиламиноацетамидо^ЛО-антрахинонов...............14

1.1.4. Синтез ЗЯ-нафто[1,2,3-£/е]хинолин-2,7-дионов на основе взаимодействия 1 -бромацетиламино-9,10-антрахинона

с фенолами, тиофенолами.........................................................15

1.2. Синтез и функционализация нафто[1,2,3-сй(]индол-6(2/У)-онов............16

1.2.1. Синтез нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-онов на основе 1-амино-, 1-хлор-9,10-антрахинонов и 1-амино- 10-антрона...........................16

1.2.2. Синтез нафто[1,2,3-а/]индол-6(2//)-онов из

1 -ал кил(диалкил)амино-9,10-антрахинонов.................................18

1.2.3. Синтез нафто[1,2,3-саГ]индол-6(2#)-онов путем сужения цикла в 2,7-диоксо-2,7-дигидро-ЗЯ-нафто[1,2,3-^е]хинолин-1-диазонии.......25

1.2.4. Синтез нафто[1,2,3-б'й?]индол-6(2//)-онов на основе

N-(9,10-антрахинон-1 -ил)меггансульфонамидов............................26

1.2.5. Синтез нафто[1,2,3-сй?]индол-6(2/:/)-онов на основе Ь^-диметил-

и 1-5'-метил-1-5-фенил-А^-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов.. ..28

г

1.2.6. Функционализация нафто[1,2,3-бч^]индол-6(2Н)-онов.....................31

Глава 2. Обсуждение результатов.........................................................37

2.1. Синтез 1-&Д-диалкил(арил)-ЛГ-(9Д0-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов...................................................................37

2.2. 1,9-Гетероциклизация 1-5',5'-диалкил(арил)-Лг-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов в нафто[1,2,3-сй?]индол-6(2Я)-оны.......................45

2.3. Синтез нафто[1,2,3-с<^]индол-6(2Я)-онов на основе 1-5',5,-диметил-А7-(4-хлор-9,10-антрахинон-1-ил)- и 1 -¿^-диметил-7У-(4-нитро-9 Д О-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов...........................51

2.4. Синтез 1,5-биссульфоксимидов из

антра[ 1,9-о/:5,10-с',(^]бисизоксазола.............................................54

2.5. 1,9-Гетероциклизация 1,5-биссульфоксимидов.................................55

2.6. Функционализация пиррольного цикла в нафто[1,2,3-сй?]индол-6(2£/)-онах..................................................61

2.6.1. Аминирование 1-нитронафто[1,2,3-с^]индол-6(2#)-онов..............61

2.6.2. Замещение нитрогруппы в 1-нитро-2-метилнафто[1,2,3-саГ]индол-6(2#)-оне О- и Б-нуклеофилами.............................................64

2.6.3. Нуклеофильное замещение атома хлора в

1-хлорацетиламино-2-метилнафто[1,2,3-сбП-индол-6(2/:/)-оне вторичными алифатическими аминами....................................65

2.6.4. Аминометилирование нафто[1,2,3-сйГ]индол-6(2Я)-она................66

2.7. Фотохимические превращения нафто[1,2,3-сйГ]индол-6(2//)-онов.........67

Глава 3. Экспериментальная часть.......................................................80

3.1. Материалы и оборудование.........................................................80

3.2. Синтез 1-5,5'-дизамещённых-А^-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов...................................................................81

3.3. Взаимодействие солей тетрафторбората 1-й 2-диазония-

9,10-антрахинонов с 8,8-диметилсульфоксимином............................86

3.4. Превращение 1 -5',£,-дизамещённых-/У-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов в нафто[1,2,3-^индол-6(2//)-оны.......................87

3.5. Синтез 1,5-биссульфоксимидов из антра[1,9-сй?:5,10-с',йР]бисизоксазола

и их гетероциклизация...............................................................95

3.6. Нуклеофильное замещение нитрогруппы в 1-нитронафто[1,2,3-сйГ]индол-6(2//)-онах........................................97

3.7. Нуклеофильное замещение атома хлора в 1-хлорацетиламино-2-метилнафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-оне вторичными

алифатическими аминами.........................................................104

3.8. Аминометилирование нафто[ 1,2,3-^индол-6(2//)-она......................107

3.9. Фотолиз нафто[1,2,3-с<^индол-6(2//)-она.......................................108

3.10. Фотолиз 5-арилоксинафто[1,2,3-^й(]индол-6(277)-онов.......................109

3.11. Отношение 5-(4-метилфенокси)нафто[1 Д,3-сй(]индол-6(2//)-она и 6-(4-метилфенокси)нафто[1,2,3-сг/]индол-5(2#)-она

к н-пропиламину.....................................................................110

Выводы.......................................................................................111

Список литературы........................................................................112

Приложения

128

Список сокращений: ДМСО - диметилсульфоксид ТГФ - тетрагидрофуран ТМС - тетраметиленсульфон АсОН — уксусная кислота Ви - -СН2-СН2-СН2-СН3 1-Ви-СН2-СН(СНз)2 *-Ви--С(СН3)3

е^-сн2-сн3

еюн - этиловый спирт Ме--сн3

MeONa - метилат натрия Рг - -сн2-сн2-сн3 Ру - пиридин

Введение

Гетероциклические производные хинонов вследствие своеобразия их строения, широкого спектра физических и химических свойств, а также проявления некоторыми из них биологической активности широко исследуются в российских и зарубежных лабораториях. Особый интерес вызывают 9,10-антрахиноны, конденсированные в положениях 1,9 с пяти- и шестичленными азотистыми гетероциклами. Так, 3//-нафто[1,2,3-с/е]хинолин-2,7-дионы являются флуоресцентными красителями [1] и противоопухолевыми соединениями [2, 3]. Производные ЗЯ-нафто[1,2,3-а?е]хинолин-2,7-диона обладают флуоресцентными свойствами и перспективны для практического применения в качестве люминофоров [4, 5]. В последние годы производные нафто[1,2,3-с</|индол-6(2#)-она предлагают использовать в качестве компонентов электролюминесцентных композиций [6]. Производные антра[1,9-саГ]пиразол-6(2//)-она - изоэлектронного аналога нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-она, много лет используются в качестве противораковых препаратов [7, 8]. Таким образом, наряду с традиционными перспективами использования подобных групп веществ в качестве красителей, азотистые гетероциклические производные 9,10-антрахинонов в настоящее время находят всё новые области и перспективы практического использования.

Актуальность темы. Нафто[1,2,3-с</]индол-6(2#)-оны обладают комплексом интересных и полезных свойств, однако, их широкому исследованию препятствует невысокая доступность. Поэтому необходимым, на наш взгляд, является поиск простых способов получения таких веществ, а также углубленное изучение их свойств.

Цель работы состояла в разработке эффективных способов получения нафто[1,2,3-сй?]индол-6(2//)-онов путём 1,9-гетероциклизации диалкил(арил)-#-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов; изучении путей функционализации нафто[1,2,3-с</]индол-6(2//)-онов с участием пиррольного

кольца и карбоцикла и исследовании фотохимических превращений некоторых нафто[1,2,3-сс(]индол-6(2//)-онов.

Научная новизна данной работы заключается в том, что было проведено систематическое исследование реакций 6#-6-оксоантра[1,9-сй?]изоксазолов с различными диалкил(арил)сульфоксидами; найдены удобные условия проведения реакций, позволяющие существенно упростить выделение целевых 1 -5,,5'-диалкил(арил)-А'-(9,10-антрахинон-1 -ил)сульфоксимидов.

Впервые показано, что циклизация 1-£,5-диалкил(арил)-7У-(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимидов в нафто[1,2,3-с</1индол-6(2Я)-оны сопровождается образованием сульфиновых кислот. На основании этого предложен механизм гетероциклизации.

Впервые установлено, что при внутримолекулярной гетероциклизации 1-^-дипропил- и 1-5',5'-дибутил-Л'-(9,10-антрахинон- 1-ил)сульфоксимидов образуются не только 1-этил- и 1-пропилнафто[1,2,3-<?й(]индол-6(2//)-оны, но и их гидроксилированные по а-углеродному атому производные.

Впервые показано, что атом хлора или нитрогруппа, находящиеся в положении 4 1-5',5'-диметил-Л^(9,10-антрахинон-1-ил)сульфоксимида обладают высокой нуклеофильной подвижностью, что позволяет получать целевые функционализированные нафто[1,2,3-сйГ]индол-6(2Я)-оны в одну технологическую стадию.

Впервые разработаны способы функционализации нафто[1,2,3-сс/]индол-6(2Н)-онов по пиррол ьному циклу. Найдено, что нитрогруппа в 1-нитронафто[1,2,3-сй?]индол-6(2//)-онах замещается под действием И-, О-нуклеофилов. Найдено, что аминометилирование нафто[1,2,3-са0индол-6(2Я)-она протекает по атому азота.

Впервые установлено, что 5-арилоксинафто[1,2,3-с£/]индол-6(2//)-оны обладают фотохромными свойствами. При облучении этих веществ монохроматическим светом с длиной волны 365 нм (436 нм) образуются фотоиндуцированные формы, которым на основании квантовохимических

расчётов и спектральных данных приписана структура 6-арилоксинафто[ 1,2,3-с</]индол-5(2Я)-онов. Обнаружено, что 6-арилоксинафто[1,2,3-с^]индол-5(2#)-оны при облучении светом с длиной волны 546 нм изомеризуются в исходные 5-арилоксинафто[1,2,3-сй/]индол-6(2//)-оны. Впервые установлено, что фотохромизм данных соединений реализуется только в отсутствие кислорода.

Практическая значимость. Разработанные способы получения функционализированных по гетерокольцу нафто[1,2,3-со?]индол-6(2Я)-онов, путём нуклеофильного замещения нитрогруппы в 1-нитронафто[1,2,3-с</]индол-6(2Я)-онах, а также путём аминометилирования по атому азота в нафто[ 1,2,3-С£/]индол-6(2Д)-оне, открывают путь к перспективам для испытания их биологической активности. Найденные фотохромные свойства 5-арилоксинафто[1,2,3-сс/]индол-6(2//)-онов позволяют рассматривать данные соединения в качестве компонентов фотохромных материалов.

Результаты настоящей работы были представлены на международной конференции по химии «Основные тенденции развития химии в начале XXI века» (Санкт-Петербург, 2009); «Всероссийской конференции по органической химии, посвящённой 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН» (Москва, 2009); International Symposium «Advanced Science in Organic Chemistry» (Крым, 2010); XIV Молодёжной конференции по органической химии (Екатеринбург, 2011); International conference «Current Topics in Organic Chemistry» (Novosibirsk, 2011); II Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2012).

Автор выражает искреннюю благодарность Притчиной Елене Анатольевне, к.х.н, доценту, научному сотруднику лаборатории механизмов реакций и Грицан Нине Павловне, д.х.н., профессору, заведующей лабораторией механизмов реакций Новосибирского института химической кинетики и горения СО РАН за помощь в проведении фотохимических исследований.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. 1,9-Гетероциклизации производных 9,10-антрахинона с образованием

Одной из широко изученных гетероциклических систем 9,10-антрахинона является 3//-нафто[1,2,3-й?е]хинолин-2,7-дион (антрапиридон) и его производные. Интерес к данным соединениям не случаен, так как некоторые из них применяются в качестве дневных флуоресцентных пигментов, а в последние годы всё больше изучается их биологическая активность. Известно много способов получения антрапиридонов, самые значимые и интересные из них будут рассмотрены ниже.

1.1.1. Синтез 3//-нафто[1,2,3-^е|хинолин-2,7-дионов на основе

ТУ-Ацетильные производные 1-алкиламино- и 1-ариламиноантрахинонов (2) гладко циклизуются в антрапиридоны (3) при действии щелочей в водной или водно-спиртовой среде [9, с. 155]:

3//-нафто[1,2,3-<&]хинолин-2,7-дионов

1-ацетиламино-9Д0-антрахинонов

О 2

Я = А1к, Аг

О 3

В основе замыкания пиридонового цикла, очевидно, лежит нуклеофильная атака депротонированной метиленовой группы по пери -расположенной карбонильной группе. Однако в данном случае с реакцией циклоконденсации конкурирует гидролиз амида до 1-аминоантрахинона (1а). Поэтому синтез незамещённого антрапиридона (За) проводят многочасовым кипячением 1-аминоантрахинона (1а) в уксусном ангидриде в присутствии ацетата калия [10]:

Данная гетероциклизация не утратила своего практического значения, поскольку антрапиридоны и в настоящее время находят применение в качестве люминесцентных красителей [1, с. 32].

Легче протекает замыкание пиридонового цикла, если ацетильный остаток содержит электроноакцепторную группу. Так, при нагревании 1-аминоантрахинона (1а) с цианоуксусным, ацетоуксусным, бензоилуксусным или малоновым эфирами образуются соответствующие 1-замещённые антрапиридоны (Зб-д) [9, с. 156; 11]:

1а 26-Д Зб-д

2,3, X = CN (б), Ас (в), Вп (г), СОгЕ1 (д)

Иногда антрапиридоны (Зб-д) возможно синтезировать без выделения промежуточных соединений (2б-д).

На основе циклизации 1 -(7У-метилацетиламино)-4-бром-9,10-антрахинона (2е), полученного ацетилированием уксусным ангидридом 1-Л/-метиламино-4-бром-9,10-антрахинона (1л) в 3%-ном водном растворе гидроксида натрия с последующим замещением атома брома в антрапиридоне (Зе) ариламинами, разработан способ получения [12, 13] 6-ариламиноантрапиридонов (Зж) -красителей акрилонитрилбутадиенстирольных пластиков, отличающихся большой свето- и термостойкостью [4, с. 190]:

1.1.2. Синтез 3//-нафто[1,2,3-</е]хинолин-2,7-дионов на основе 1-хлорацетиламино-9Д0-антрахинонов

В 1914 году было найдено [14], что кратковременное кипячение 1-хлорацетиламино-9,10-антрахинона (4а) в сухом пиридине приводит к 1-(2,7-диоксо-2,7-дигидро-3//-нафто[ 1,2,3-б/е]хинолин-1 -ил)антрапиридонил-1 -пиридинийхлориду (5а):

О Вг 2е

Зе

Зж

С1

4а 5а

В работе [15] описан синтез целого ряда 1-хлорацетиламиноантрахинонов (4а-о), полученных из производных 1-амино-, 1-алкил(арил)аминоантрахинонов (1а-о) и хлорацетилхлорида. Соли (5а-о) оказались удобными промежуточными продуктами для получения 1-амино-3#-нафто[1,23-^е]хинолин-2,7-дионов (ба-о). При нагревании в высококипящих ароматических или алифатических аминах (например, анилине, морфолине, циклогексиламине) соединения (5а-о) претерпевают количественное расщепление пиридинового цикла по Цинке-Кёнигу [16, с. 469] с образованием 1-аминоантрапиридонов (ба-о):

С1

1, 4, 5,6, Я1 = Я2 = Я3 = Я4 = н (а), Я1 = Ме (б), Я2 = Ме (в), Я3 = ОН (г), Я2 = С6Н„ (д), Я1 = С6Н4-4-Ме (е), Я3 = ЫНС6Н4-4-Ме (ж), Я3 = ШС6Н2-2,4,6-Г-Ви (з), Я3 = М1СОРЬ (и), Я4 = ЫНСОРЬ (к); Я' = Ме, Я2 = Я4 = Н, Я3 = Вг (л), КНРЬ (м); Я1 = Я4 = Н, Я2 = Ме, Я3 = Вг (н); Я1 = С6Н4-4-Ме, Я2 = Я4 = Н, Я3 = N11С6Н4-4-Ме (о)

Данный метод является удобным и простым для получения производных 1-аминоантрапиридона (6а), содержащих различные заместители, как при гетероциклическом атоме азота, так и в антроновом цикле и перспективных для использования в качестве люминофоров [5, 17].

В более современной работе [18] этот способ усовершенствован; 1-аминоантрапиридон (6а) и его производные (8а, б) получены без выделения антрапиридон-1-пиридинийхлоридов. Реакцию (4а, 7—>6а, 8) проводили нагреванием соединений (4а; 7а, б) в ДМФА в присутствии пиридина и последующим гидролизом смесью этанол-морфолин при кипячении:

4а, 7а, б 6а, 8а, б 60-85%

7,8, Я = Н, X = Вг (а); Я = и-Ви, X = Н (б)

Вместо пиридина для получения подобных антрапиридонил-1 -/V-алкилимидазолийхлоридов(бромидов) (9), в работе [19] был использован имидазол и его гомологи:

Авторы [18, 19] рассматривают возможность использования соединений (6а, 8, 9) в качестве потенциальных хромофлуоресцентных зондов для селективного обнаружения Б", СН3СОО" и Б£2+ ионов в живых организмах.

1.1.3. Синтез 3//-нафто[1,2,3-</е]хинолин-2,7-дионов на основе 1-(Л'-нитрозо-Лг-алкиламиноацетамидо)-9,10-антрахинонов

В работе [20] предложен удобный способ получения 1-алкиламиноантрапиридонов (12) путём нитрозирования 1-(7У-алкиламиноацетамидо)-9,10-антрахинонов (10). Циклизация (11—>12) протекает в сухом ДМСО в присутствии карбоната калия при 50 — 60°С в течение часа:

Очевидно, что ТУ-нитрозофрагмент, проявляя электроноакцепторные свойства, усиливает С-Н-кислотность метиленовой группы, облегчая тем самым циклизацию.

1.1.4. Синтез 3//-нафто[1,2,3-*/е]хинолин-2,7-дионов на основе взаимодействия 1-бромацетиламино-9,10-антрахинона с фенолами и тиофенолами

В условиях основного катализа из 1-бромацетиламиноантрахинона (13), фенолов и тиофенолов были получены [21] 1-фенилсульфанил- (14) и 1-феноксиантрапиридоны (16):

14 87-95% 13

Целью данной работы являлась разработка новых соединений с потенциальной противовирусной активностью.

1.2. Синтез и функционализация нафто[1,2,3-с//]индол-6(2Дг)-онов

1.2.1. Синтез нафто[1,2,3-с</]индол-6(2#)-онов на основе 1-амино-, 1-хлор-9,10-антрахинонов и 1-амино-10-антрона

В 1914 году был разработан [22] следующий способ получения 1-фенилнафто[1,2,3-ся^]индол-6(2//)-онов (пирролантронов) (18а, б). Сначала 1-аминоантрахиноны (1а, п) сплавляли с бромо(фенил)уксусной кислотой в присутствии ацетата натрия при 180°С. Затем полученные соединения (17а, б) кипятили с избытком уксусного ангидрида:

В то же время появились работы [23, 24, 25] в которых описаны способы получения 2-фенилнафто[1,2,3-о/]индол-6(2#)-она (21а) и 2-фенилнафто[1,2,3-сй(]индол-6(2//)-он-1-карбоновой кислоты (216). 2-Фенилпирролантрон (21а) может быть синтезирован двумя путями. Первый заключается в нагревании 1-хлорантрахинона (19) в амиловом (этиловом спирте) с (фениламино)ацетатом калия, карбонатом натрия и хлоридом меди (I) в автоклаве при 160-170°С [24]. Второй - в кипячении [(9,10-антрахинон-1-ил)(фенил)амино]уксусной кислоты (20) в уксусном ангидриде [23]:

О R 1а, п

О R 17а,б

О R 18а,б

1, R = H (a), Cl (ii); 17,18, R = H (a), Cl (6)

2-Фенилпирролантрон-1-кар