• скачать файл

Кумшаева алла борисовна

с. 1


На правах рукописи

КУМШАЕВА АЛЛА БОРИСОВНА
СИНТЕЗ АЗАПИРЕНОВ НА ОСНОВЕ РЕАКЦИИ АЗАФЕНАЛЕНОВ С НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ НИТРОСОЕДИНЕНИЯМИ


02.00.03 – органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук


Астрахань - 2013

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»

на кафедре химии



Научный

руководитель:




доктор химических наук, профессор

Аксенов Александр Викторович


Официальные оппоненты:




доктор химических наук, профессор

Рябухин Юрий Иванович

(ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный

технический университет», заведующий кафедрой общей,

неорганической и аналитической химии)


кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Шепеленко Евгений Николаевич

(Южный научный центр РАН, отдел физической органической химии)





Ведущая

организация:




ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный

исследовательский университет»



Защита диссертационной работы состоится « 6 » июня 2013 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 307.001.04. при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, 2-ой учебный корпус, ауд. 201


С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Астраханского государственного технического университета (ул. Татищева, 16, АГТУ, главный учебный корпус).
Автореферат разослан « 29 » апреля 2013 г.
Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор химических наук, доцент Шинкарь Е. В.
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Одна из важнейших задач, которые решают химики-органики, состоит в поиске новых синтетических путей. Это могут быть методы синтеза, как ранее не известных, так и уже существующих химических соединений. Такие вещества могут быть интересны, как для теоретической, так и прикладной химии. К ним относятся производные азапиренов, которые имеют совершенно уникальное электронное строение, но до последнего времени остаются малоизвестными и, следовательно, малоизученными.

Ряд веществ из небольшого количества полученных представителей этих соединений используются как органические люминофоры, красители, особенно это важно в свете развития в последнее время OLED технологий, вещества, которые обладают высокой биологической активностью.

Нашей научной группой на протяжении последних 8 лет проводились си-стематические исследования в области поиска новых методов пери-аннелирования, что позволило накопить большой опыт в этом направлении. В основе создаваемых методов лежали различные подходы. Ацилирование перимидинов и других азафеналенов системой реагентов, найденной в нашей лаборатории, – 1,3,5-триазины/ПФК. Это позволило разработать простые, одностадийные, общие методы пери-аннелирования различных циклов к феналенам и азафеналенам. Были найдены способы пери-аннелирования карбоциклического, [c,d]пиридинового и пиридазинового ядра. В то же самое время подход не давал возможность разработать методы пери-аннелирования [b,с] пиридинового ядра и других пери-аннелированных соединений, содержащих атом азота, связанный с нафталиновой системой.

Тем не менее, методов, включающих образование в ходе реакции новых связей С-N и С-С с пери-положениями нафталиновой системы, не было. Очевидно, что поиск новых реагентов, позволяющих создавать такие методы, даст возможность существенно расширить арсенал методологии пери-аннелирования. Данные обстоятельства послужили толчком для реализации этой работы.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы" (грант № 2010-1.2.1-102-020-013) и при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 10-03-00193а).

Цель работы. Разработка методов пери-аннелирования [b,c]пиридинового ядра на основе реакции ненасыщенных нитросоединений с азафеналенами в среде полифосфорной кислоты (ПФК).

Задачи исследования.

1. Исследование реакции перимидина и 1,2,3-триазафеналена с ненасыщенными нитросоединениями в относительно «мягких» условиях.

2. Исследование реакции перимидинов с избытком нитростиролов в ПФК.

3. Исследование реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с ненасыщенными нитросоединениями.

4. Исследование реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нитрокетонами;

5. Определение синтетического потенциала 1,8-дигидропиридо [2,3,4-g,h] перимидин-7(6H)-онов.

6. Установление структуры полученных химических соединений.

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость.

Исследована реакция перимидинов и 1H-нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена) с нитростиролами в зависимости от соотношения реагентов, температуры, содержания оксида фосфора(V) в полифосфорной кислоте. Установлено, что реакция перимидинов с нитростиролами в полифосфорной кислоте с 80 %-ным содержание P2O5 при 65-75 оС приводит к пери-аннелированию пиридинового цикла с образованием неизвестных ранее 1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов. Выяснено, что в аналогичных условиях из 1H-нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена) и нитростиролов образуются производные неизвестной ранее гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапирена - 3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазин-7(6Н)-оны.

Показано, что использование двукратного мольного избытка по отношению к перимидину соответствующего нитростирола, увеличение температуры реакции до 100-110 оС и использование ПФК с 86 %-ным содержанием Р2О5 приводит к образованию неизвестных ранее 7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов.

При увеличении температуры до 140-150 оС наблюдается миграция фенильной группы с образованием 7-фенил-1,3,6-триазапиренов. Эта синтетическая последовательность представляет собой неизвестную ранее домино-реакцию: присоединение по Михаэлю – электрофильное ацетамидирование – 1,2-сдвиг фенильной группы – дегидратация. Разработан метод синтеза 8-фенил-7-хлор-1,3,6-триазапиренов, основанный на реакции 8-фенил-7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов с хлорокисью фосфора. Показано, что восстановление этих хлорпроизводных цинком в уксусной кислоте приводит к 8-фенил-1,3,6-триазапиренам.

Разработаны методы синтеза 7-нитро-1,3-диазапиренов, основанные на реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нитростиролами. Показано, что реакция 1,3,5-триазинов с перимидинами и нитростиролами в полифосфорной кислоте является новой мультикомпонентной реакцией.

В ходе выполнения работы разработаны методы пери-аннелирования [b,c]пиридинового ядра и карбоциклического ядра, содержащего нитрогруппу, к азафеналенам, синтезированы представители двух неизвестных ранее классов гетероциклических соединений.



Методология и методы. Использовались классические методы синтетической органической химии, а также современные физико-химические.

На защиту выносятся.

1. Эффективный метод пери-аннелирования [b,c]пиридинового ядра к перимидинам реакцией с 1H-нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазином и нитростиролами или нитроспиртами.

2. Неизвестный ранее домино – процесс, включающий присоединение по Михаэлю непредельных нитросоединений к аренам, внутримолекулярное ацетамидирование нитросоединениями в ПФК по Аксенову, 1,2-сдвиг арильной группы.

3. Методы синтеза ранее неизвестных 7-нитро-1,3-диазапиренов, как, исходя из альдегидов и кетонов перимидинового ряда, так и самих перимидинов.

4. Новые синтетические возможности продуктов пери-аннелирования [b,c]пиридинового ядра - 1,8-дигидропиридо-[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов.

Достоверность полученных результатов. Строение полученных соединений подтверждено с помощью 1H, 13С ЯМР (в том числе COSY и HMQC) и ИК-спектроскопии, данными элементного анализа.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на I и II Международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск, 2009 г. и Железноводск, 2011 г.); X Международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2010 г.); II международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2010 г.); Международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» (Мисхор, 2010 г.); III Международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященной 95-летию со дня рождения проф. А.Н. Коста (Москва, 2010 г.); I и II Всероссийской научной конференции с международным участием «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2011, 2012 г.); 54-57 научных конференциях преподавателей и студентов Ставропольского государственного университета, 2009-2012 г.

Публикации1. Основное содержание работы опубликовано в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов кандидатских и докторских диссертаций, 1 статье и 7 тезисах докладов международных и всероссийских конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 120 страницах, иллюстрирована 92 схемами, 10 таблицами и 5 рисунками. Библиография содержит 136 литературных ссылок.

В первой главе (литературный обзор) рассмотрены литературные данные по методам синтеза азапиренов. Вторая глава – обсуждение полученных результатов, третья – экспериментальная часть.



Основное содержание работы



1. Синтез 8-арил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов и 8-арил-3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазин-7(6Н)-онов
Несмотря на достигнутый прогресс при создании методов синтеза аза- и полиазапиренов путем пери-аннелирования различных циклов к азафеналенам о методах пери-аннелирования [b,c]пиридинового кольца практически до наших работ известно не было. Следствием этого обстоятельства недоступными оставались большинство производных 1,3,6-три-, 1,2,3,6-тетраазапиренов и родственных им соединений.

Исключение составляют две статьи, опубликованные сотрудниками нашей лаборатории в 2011 году. Методы, представленные в этих работах, включают ряд серьезных недостатков. В одном из них требуется предварительно вводить функциональные группы в перимидин, в другом – реакция не позволяет получить продукт с высоким выходом. Он составляет 26-41%. Поэтому требуется хроматографическое разделение продуктов реакции, что существенно ограничивает область применения.

Такие обстоятельства побудили нас продолжить исследования в данной области, связанной с разработкой новых подходов к синтезу 1,3,6-триазапиренов и их производных. Задача синтеза этих и подобных им соединений сводится к созданию связи углерод-кольцо и азот-кольцо, иначе говоря, последовательности алкилирования и электрофильного аминирования.

Относительно недавно в нашей лаборатории была найдена новая реакция ацетамидирования аренов алифатическими нитросоединениями в полифосфорной кислоте, которая, как выяснилось, может быть эффективной в случае перимидинов.



Этот метод был взят за основу поиска при создании метода пери-аннелирования.

Мы предположили, что, как и все электронодонорные соединения, перимидины 1а-с будут алкилироваться нитростиролами 2а-с, в результате чего можно ожидать образования нитросоединения 3a-i. Полученные продукты алкилирования 3a-i могут вступать во внутримолекулярную реакцию электрофильного ацетамидирования в соответствии со следующим механизмом:


В результате дифосфорилирования нитроновой кислоты образуются катионы 4a-i, которые путем реакции Вильсмайеровского типа превращаются в промежуточные катионы 5a-i. Последние, в результате отщепления молекулы фосфорной кислоты, образуют оксимы ацеперимидинонов 6a-i.

В качестве альтернативы может быть предложен механизм, включающий генерирование фосфорилированных N-оксидов нитрилов 7a-i или фосфорилированных гидроксамовых кислот 8a-i





4-8 a: R1 = H, R2 = Ph; b: R1= Me, R2 = Ph; c: R1= R2 = Ph; d: R1 = H, R2 = 4-BrC6H4;

e: R1 = Me, R2 = 4-BrC6H4; f: R1 = Ph, R2 = 4-BrC6H4; g: R1 = H, R2 = 4-NO2C6H4;

h: R1 = Me, R2 = 4-NO2C6H4; i: R1 = Ph, R2 = 4-NO2C6H4
Независимо от механизма, в результате таких превращений будут образовываться оксимы ацеперимидинонов 6a-i. Как хорошо известно, в этих условиях (нагревание в ПФК) оксимы вступают в перегруппировку Бекмана, образуя после гидролиза соответствующие амиды, в нашем случае 1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-оны 10a-i.



6, 9, 10 a: R1 = H, R2 = Ph; b: R1 = Me, R2 = Ph; c: R1 = R2 = Ph; d: R1 = H, R2 = 4-BrC6H4; e: R1 = Me, R2 = 4-BrC6H4; f: R1 = Ph, R2 = 4-BrC6H4; g: R1 = H, R2 = 4-NO2C6H4; h: R1 = Me, R2 = 4-NO2C6H4; i: R1 = Ph, R2 = 4-NO2C6H4
Как и предполагалось, реакция перимидинов 1a-c с 1.05 кратным молярным избытком β-нитростиролов 2а-с в ПФК при 65-75 оС в течение 5 ч приводит к неизвестным ранее 8-арил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онам 10a-i с выходами 71-84 %. Это единственный пример из известных в настоящее время подобных превращений непредельных нитросоединений, представляющий собой «домино» процесс: алкилирование и внутримолекулярное электрофильное ацетамидирование.

Предшественниками нитростиролов в реакции Henry являются нитроспирты 11а-с.



Во многих случаях отщепление воды от таких соединений представляет собой дополнительную стадию. Это превращение осуществляется, используя ангидриды органических или неорганических кислот.

Мы предположили, что ПФК, которая является реагентом найденной син-тетической последовательности, может выступать в качестве дегидратирующего реагента. Тогда в найденной нами реакции пери-аннелирования пиридинового цикла, вместо нитростиролов 2, можно будет использовать нитроспирты 11, которые являются более доступными.

Действительно, нами было показано, что реакция перимидинов 1a-c с 1.1 кратным молярным избытком 1-арил-2-нитроэтанолов 11а-с в ПФК при 65-75 оС в течение 5 ч приводит к неизвестным ранее 8-арил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онам 10a-c, g-l с выходами 31–67 %


1a: R1 = H; b: R1 = Me; c: R1 = Ph; 11a: R2 = Ph; b: R2 = H; c: R2 = 4-NO2C6H4;

10 a: R1 = H, R2 = Ph; b: R1 = Me, R2 = Ph; c: R1 = R2= Ph; g: R1 = H, R2= 4-NO2C6H4; h: R1 = Me, R2 = 4-NO2C6H4; i: R1 = Ph, R2 = 4-NO2C6H4; j: R1 = R2 = H;

k: R1 = Me, R2 = H; l: R1 = Ph, R2 = H
Затем мы решили распространить этот подход на 1,2,3-триазафенален 12. Оказалось, что эта реакция достаточно эффективна для пери-аннелирования [b]пиридинового ядра и к этой гетероциклической системе. Так, в результате реакции 1H-нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазина 12 с 1.05 кратным молярным избытком β-нитростирола 2а-с в ПФК при 65–70 оС в течение 3 ч образуются производные неизвестной ранее гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапирена-3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-d,e][1,2,3] триазин-7(6Н)-оны 13a-c.

Далее мы решили определить область применения данной методологии, использовав в качестве исходного 1,2,3-триазафенален 12.

Оказалось, что эта реакция достаточно эффективна для пери-аннелирования [b,c]пиридинового ядра и к такой гетероциклической системе. Выяснилось, в результате реакции 1H-нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазина 12 практически с эквимолярным количеством β-нитростиролов 2а-с в ПФК при 65–70 оС через 3 ч образуются 3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазин-7(6Н)-оны 13a-c – производные ранее неизвестной гетеро-циклической системы 1,2,3,6-тетраазапирена.


2, 13a: R = Ph; b: R = 4-BrC6H4; c: R = 4-NO2C6H4
Выход составил 23-37 %. Значительное уменьшение выхода, очевидно, является следствием относительно невысокой стабильности 1,2,3-триазафеналена 12 и производных этого гетероциклического соединения в среде полифосфорной кислоты.

Механизм этого превращения, вероятно, аналогичен приведенному выше для перимидинов 1. По всей видимости, как и в предыдущем случае, первой стадией является алкилирование 1,2,3-триазафеналена 12 нитростиролами 2a-c. При этом образуются промежуточные нитросоединения 14a-c. Эти вещества фосфорилируются, после чего в результате реакции Вильсмайеровского типа замыкается пятичленный цикл, образуются интермедиаты 16a-c, и, в результате потери молекулы фосфорной кислоты, происходит образование фосфорилированных оксимов 17a-c. Эти вещества, претерпевая внутримолекулярную перегруппировку Бекмана, дают после обработки реакционной смеси водой производные тетраазапиренов 13a-c:




2, 13-18a: R = Ph; b: R = 4-BrC6H4; c: R = 4-NO2C6H4

Как и в случае перимидинов 1a-c мы показали, что с 1H-нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазином 12 можно использовать соответствующие нитроспирты вместо нитростиролов, но тогда выход будет ниже и он составляет 16-19 %.





11, 13 a: R=Ph; с: R= 4-NO2C6H4

Таким образом, в результате исследования реакции перимидинов 1а-с и 1H-нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазина (12) с нитростиролами 2а-с и нитроспиртами 11а-с, нам удалось разработать эффективные методы пери-аннелирования [b,c]пиридинового ядра к этим соединениям, что позволило получить незвестные ранее 1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-оны 10a-l и 3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазин-7(6Н)-оны 13a-c.


2. Реакция перимидинов с избытком нитростиролов в ПФК
Следующая часть наших исследований была посвящена изучению реакции перимидинов 1а-с нитростиролом в более жестких условиях: избыток нитростирола, более высокая температура, более высокое содержание в полифосфорной кислоте Р2О5.

Очевидно было предположить, что в этом случае будут осуществляться различные вторичные превращения. В качестве таких превращений, например, может быть дегидрирование или изомеризация. Оказалось, что при увеличении температуры до 100-110 оС часть нитростирола 2а возгоняется из реакционной смеси. Поэтому реакцию проводили сначала 3 ч при 70-75 оС, затем температуру увеличивали до 100-110 оС и выдерживали при этой температуре еще 12 ч, добавляя в течение этого времени еще 1 ммоль нитростирола. В результате был получен ряд продуктов реакции, в том числе значительное количество продуктов осмоления. Основным, как и ожидалось, оказались 8-фенил-1,3,6-триазапирен-7-оны 19а-с. Выход этих соединений составил 31-33 % (после хроматографирования).






Так же удается выделить значительное количество (до 47 %) 8-фенил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов 10a-с. Эти соединения являются промежуточными для образования 8-фенил-1,3,6-триазапирен-7-онов 19а-с.

Замена ПФК с 80%-ным содержанием Р2О5 на 86 %-ную приводит к увеличению выхода 8-фенил-1,3,6-триазапирен-7-онов 19а-с, при этом количество продуктов осмоления уменьшается. Наряду с соединениями 19a-c неожиданно были выделены 7-фенил-1,3,6-триазапирены 20а-с.



С увеличением температуры второй стадии реакции увеличивается количество триазапиренов 20а-с. При температуре 140-150 оС их выход достигает 26-32%. Эти вещества легко можно отделить от остальных флэш-хроматографией, так как из всех образующихся в ходе реакции соединений данные вещества наиболее хроматографически подвижны. Если механизм образования соединений 19а-с очевиден, то путь образования триазапиренов 20а-с значительно менее предсказуем. На наш взгляд он выглядит следующим образом:



Сначала, как описано выше, образуются промежуточные продукты алкилирования и внутримолекулярного ацетамидирования 9а-с. Эти вещества протонируются, а ключевой стадией является 1,2-сдвиг фенильной группы. Движущая сила такого процесса очевидна, так как образующиеся в результате катионы 22а-с, имеют значительно более делокализованный положительный заряд, и потому более стабильны.

Строение 1,3,6-триазапиренов было доказано сопоставлением спектров 1Н ЯМР изомерных соединений. Синглет, соответствующий сигналу протона в положении 8 7-фенил-1,3,6-триазапиренов 20а-с расположен в более сильном поле (8.04-8.11 м.д.), чем синглет сигнала протона в положении 7 для 8-фенил-1,3,6-триазапиренов 23а-с (8.49-8.74 м.д.). Сигналы о-протонов 7-фенильной группы соединений 20а-с расположены в более слабом поле (7.95 м.д.), чем сигналы м- и п-протонов и протонов (7.7 м.д.) и имеющих близкий химический сдвиг сигналов 5-ти протонов фенильной группы (7.5-7.7 м.д.) соединений 23а-с. Так же соединения 23а-с были получены встречным синтезом.

Таким образом, в результате выполнения этой части работы был найден неизвестный ранее домино процесс, включающий присоединение по Михаэлю непредельных нитросоединений к аренам, внутримолекулярное ацетамидирование нитросоединениями в ПФК по Аксенову, 1,2-сдвиг фенильной группы. Был разработан метод синтеза 7-фенил-1,3,6-триазапиренов (20а-с).
3. Реакция перимидинов, содержащих в одном пери-положении карбонильную группу с непредельными нитросоединениями
Эта часть нашей работы посвящена изучению реакции перимидинов, содержащих в одном из пери-положений карбонильную группу, альдегидов и кетонов 24а-f с -нитростиролом .

Ожидалось, что в этом случае, когда в качестве исходных веществ выступают альдегиды и кетоны 24а-f, в результате их реакции алкилирования -нитростиролом в ПФК будут образовываться промежуточные соединения 25а-f. Эти промежуточные вещества могут конденсироваться по карбонильной группе, образуя интермедиаты 26а-f. Последние, взаимодействуют с ПФК, теряя молекулу воды. При этом можно было ожидать образования дигидропроизводных 27а-f. Их окисление либо нитросоединением, либо кислородом воздуха даст 1,3,6-диазапирены 28а-f.

Действительно, карбонильные соединения 24а-f, реагируя с двухкратным избытком -нитростирола в ПФК, которая содержит 86 % Р2О5, при 80-90 оС образуют неизвестные ранее 7-нитро-1,3-диазапирены. Их выход составил 24-32 %.


В качестве альтернативы можно рассмотреть механизм превращения, который включает в качестве ключевой стадии циклоприсоединение непредельного нитросоединения:

Было установлено, что более эффективными реагентами, чем -нитростирол в реакции синтеза нитро-1,3-диазапиренов является α-нитроацетофенон 29. Выход удалось поднять в этом случае до 42-55 %.

Увеличение выхода с этим реагентом, очевидно, связано с тем, что в этом случае отсутствует стадия дегидрирования дигидропроизводных 27а-f.


Перимидины 1а-с более доступные исходные соединения, чем альдегиды и кетоны 24a-f, являются их синтетическими предшественниками, поскольку в этом случае не требуется предварительного введения карбонильной группы. В ходе более ранних исследований в нашей лаборатории была открыта мультикомпонентная реакция перимидинов 1а-с с триазинами в присутствие карбонильных соединений в ПФК. Мы решили применить данный подход к синтезу 7-нитро-1,3-диазапиренов 28. Оказалось, что реакция 1 ммоль перимидинов 1a-c с 2 ммоль триазинов 30a-c и 3 ммоль α-нитроацетофенона 29 в ПФК приводит к диазапиренам 28а-f с выходом 41-62 %:




В реакции реализуется следующая последовательность стадий. Сначала, вероятно, происходит присоединение 1,3,5-триазинов 30а-с по пери-положению перимидинов 1а-с. Образуются промежуточные 31а-f. После чего раскрывается дигидротриазиновый цикл, что дает соединения 32а-f. Затем путем двух последовательных конденсаций, как показано на схеме, или циклоприсоединения енольной формы нитрокетона 29 к промежуточным соединениям 32а-f образуются интермедиаты 33а-f. Эти промежуточные, теряя молекулу амидина и нитрила, образуют триазапирены 28а-f .

Заменив нитрокетон 29 на β-нитростирол 2а, мы реализовали аналогичную реакцию, но выход в этом случае ниже. Он составляет 22-31%, требуется избыток непредельного нитросоединения.




Таким образом, в результате выполнения исследований в данной части работы мы разработали методы синтеза ранее неизвестных 7-нитро-1,3-диазапиренов, как из альдегидов и кетонов перимидинового ряда, так и самих перимидинов.
4. Синтезы на основе 1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов
На заключительном этапе исследования мы решили изучить возможность применения 1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов 10a-с, полученных в первой части работы, для синтеза различных производных 1,3,6-триазапирена.

Известно, что производные 4-арилдигидрохинолонов способны вступать в реакцию дезарилирования под действием безводного хлорида алюминия. Мы предположили, что и соединения 10a,b будут способны вступать в аналогичные превращения. Оказалось, что кипячение амидов 10a,b в 1,2-дихлорэтане в течение 6 ч с 3-х кратным мольным избытком безводного хлорида алюминия приводит к образованию 7-оксо-1,3,6-триазапиренов 19d,e с выходом 72-75 %.


Также мы осуществили дегидрирование соединений 10aс. В качестве дегидрирующих агентов использовались хлоранил в дихлорэтане, а также диоксид марганца в хлорбензоле. Во всех случаях практически с количественным выходом из циклических амидов 10a-с удалось получить 7-оксо-8-арил-1,3,5-триазапирены 19а-с. Использование диоксида марганца как окислителя представляется нам более удобным, поскольку в этом случае для разделения реакционной смеси не требуется применения хроматографического метода.



Одной из стандартных реакций амидов является замена атома кислорода на атом хлора под действием таких реагентов как PCl5, POCl3, SOCl2 и т.д. Поэтому было решено осуществить такую реакцию, используя в качестве исходных амиды 10a-с. Мы показали, что кипячение соединений 10a-с с хлорокисью фосфора в 1,2-дихлорэтане дает с выходом 63-68 % ранее неизвестные 7-хлор-8-фенил-1,3,6-триазапирены 34aс.


Кипячение 2-хлорхинолинов с цинком в уксусной кислоте, как известно, приводит к замене атома хлора в этих соединениях на атом водорода. Мы решили осуществить эту реакцию с соединениями 34a-с. Это позволит разработать метод синтеза 8-арил-1,3,6-триазапиренов 23a-с, что кроме синтетического интереса, было важно для того, чтобы подтвердить строение соединений 20a-с. Оказалось, что кипячение 34a-с с цинком в уксусной кислоте позволяет синтезировать с выходом 72-75 % искомые диазапирены 23a-с.




Таким образом, в результате выполнения этой части работы на основе доступных 1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов 10a-с были разработаны методы синтеза различных производных 1,3,6-триазапиренов, включая 2,8-дизамещенные 1,3,6-триазапирены 23aс, их 7-гидроксипроизводные 19а-е и 7-хлорпроизводные 34а-с.
***

Таким образом, в результате проделанной работы была показана эффективность нитростиролов и нитроэтанолов в ПФК для пери-аннелирования [b]пиридинового ядра к незамещенным азафеналенам и карбоциклического ядра, содержащего нитрогруппу, при наличие в одном из пери-положений исходного феналена карбонильной группы. Изучены некоторые синтетические возможности продуктов пери-аннелирования [b]пиридинового ядра -1,8-дигидропиридо- [2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов.


Выводы


  1. Найдена новая домино - реакция: присоединение по Михаэлю нитростиролов к азафеналенам – внутримолекулярное электрофильное ацетамидирование. Показано, что в этой реакции с перимидинами образуются неизвестные ранее 1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-оны, с 1H-нафто-[1,8-d,e][1,2,3]триазином (1,2,3-триазафеналеном) - производные неизвестной ранее гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапирена-3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-d,e][1,2,3]триазин-7(6Н)-оны.

  2. Показано, что использование двукратного мольного избытка по отношению к перимидину соответствующего нитростирола и увеличение температуры реакции до 100-110 оС приводит к образованию неизвестных ранее 7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов.

  3. Найдено, что при 140-150 оС в случае 8-фенил-1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов наблюдается миграция фенильной группы с образованием 7-фенил-1,3,6-триазапиренов. Эта синтетическая последовательность представляет собой неизвестную ранее домино-реакцию: присоединение по Михаэлю – электрофильное ацетамидирование – 1,2-сдвиг фенильной группы – дегидратация.

  4. Разработан метод синтеза 8-фенил-7-хлор-1,3,6-триазапиренов, основанный на реакции 8-фенил-7-гидрокси-1,3,6-триазапиренов с хлорокисью фосфора. Показано, что восстановление 8-фенил-7-хлор-1,3,6-триазапиренов цинком в уксусной кислоте приводит к 8-фенил-1,3,6-триазапиренам.

  5. Разработаны методы синтеза 7-нитро-1,3-диазапиренов, основанные на реакции альдегидов и кетонов перимидинового ряда с нитростиролами.

  6. Найдена новая мультикомпонентная реакция 1,3,5-триазинов с перимидинами и нитростиролами (нитроацетофеноном) в среде полифосфорной кислоты.

  7. В ходе выполнения работы синтезированы представители двух неизвестных ранее классов гетероциклических соединений.


Основное содержание работы изложено в следующих публикациях.
Статьи в журналах перечня ВАК .

1. Аксенов, А.В. Новая трехкомпонентная реакция перимидинов с 1,3,5-триазинами и карбонильными соединениями в полифосфорной кислоте – эффективный метод пери-аннелирования карбоциклического и пиридинового ядра / А.В. Аксенов, Н.А. Аксенов, А.С. Ляховненко, А.Б. Кумшаева, И.В. Аксенова // ХГС. 2012. – № 4. – С. 680-688.

2. Аксенов, А.В. Новый метод синтеза 1,8-дигидропиридо[2,3,4-g,h]перимидин-7(6H)-онов/ А.В. Аксенов, Н.А. Аксенов, А.Б. Кумшаева, А. Н. Смирнов, С.Н. Овчаров // ХГС. 2012. – № 8. – С. 1361-1363.

3. Аксенов, А.В. Синтез представителей новой гетероциклической системы 1,2,3,6-тетраазапиренов – 3,8-дигидропиридо[2',3',4':4,5]нафто[1,8-d,e][1,2,3] триазин-7(6Н)-онов / А.В. Аксенов, Н.А. Аксенов, А.Б. Кумшаева, А.Н. Смирнов, O.H. Надеин // ХГС. 2012. – № 8. – С. 1364-1365.


Статьи в сборниках и тезисы докладов.

4. Аксенов, А.В. Непредельные нитросоединения в ПФК – новый реагент для пери-аннелирования [a,b] пиридинового кольца к перимидину/ А.В. Аксенов, А.С. Ляховненко, Н.В. Демидова, А.Б. Кумшаева // Новые направления в химии гетероциклических соединений: Материалы первой Международной научной конференции. – Ставрополь: Графа – 2009. – С.251.

5. Аксенов, А.В. Синтез 1,3,6- триазапиренов / А.В. Аксенов, А.Б. Кумшаева, O. H. Надеин // Материалы X международного семинара по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) – Ростов-на-Дону. – 2010. - С. 73.

6. Аксенов, А.В. Необычная реакция нитростиролов с перимидинами в полифосфорной кислоте/ А.В. Аксенов, O.H. Надеин, А.Б. Кумшаева // Сборник статей II международной конференции «Техническая химия. От теории к практике», Т. 1, «Органическая химия и гетерогенные процессы», Пермь: ПС «Гармония». – 2010. – С. 298-300.

7. Кумшаева, А.Б. Реакция непредельных нитросоединений с производными перимидина / А.Б. Кумшаева, А.В. Аксенов, O.H. Надеин // Тезисы докладов международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry». – Мисхор. – 2010. - С.119.

8. Аксенов, А.В. Синтез производных 1,3,6-триазапиренов на основе непредельных нитросоединений/ А.В. Аксенов, O.H. Надеин, А.Б. Кумшаева // Сборник тезисов докладов III международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященной 95-летию со дня рождения проф. А.Н. Коста. – М: МГУ. – 2010. – С-143.

9. Кумшаева, А.Б. Реакции перимидинов с непредельными нитросоединениями в ПФК / А.Б. Кумшаева, А.В. Аксенов, Н.А. Аксенов, O.H. Надеин // Успехи синтеза и комплексообразования: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной Всемирному году химии. – М: РУДН. – 2011. – С. 95.

10. Кумшаева, А.Б. Аминостиролы в синтезе производных 1,3,6- триазапирена / А.Б. Кумшаева, А.В. Аксенов, Н.А. Аксенов, O.H. Надеин // Новые направления в химии гетероциклических соединений: Материалы второй Международной научной конференции. – Ставрополь: Графа. – 2011. – С. 174.

11. Аксенов, А.В. Азид натрия в ПФК - новый реагент для прямого электрофильного аминирования ароматических соединений и методы аннелирования пирольного, перимидинового, пиридинового колец на его основе / А.В. Аксенов, А.С. Ляховненко, Т.С. Редько, А.Б. Кумшаева // Успехи синтеза и комплексообразования: Тезисы докладов II Всероссийской научной конференции с международным участием. 23-27 апреля 2012 г. Ч. 1. Секция «Органическая химия». – М: РУДН. – 2012. – С. 30.

Кумшаева Алла Борисовна

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук





1 Автор выражает благодарность своим научным консультантам к.х.н. Надеину О. Н., Аксенову Н.А. и Смирнову А.Н.


с. 1