Введение к работе
Актуальность темы. Повышенный интерес к химии нитросоединении обусловлен их широким использованием в качестве энергоемких веществ и компонентов ракетных топлив, а также огромным синтетическим потенциалом, позволяющим получать на их основе лекарственные препараты, аналоги природных соединений и другие практически значимые вещества. Особое место в ряду нитросоединении занимают сопряженные нитроалкены - универсальные исходные реагенты для направленного органического синтеза при создании веществ и материалов с заданными свойствами.
Оригинальными представителями класса сопряженных нитросоединении являются галогеннитроэтены, содержащие атом галогена в геминальном положении к нитрогруппе. На основе алкил(арил)замещенных моногалогеннитро-этенов, дигалогеннитростиролов и полихлорнитроэтенов получен широкий ряд линейных, карбо- и гетероциклических структур, в том числе производных бензимидазольного, индольного, фуранового и циклопропанового рядов.
Введение в молекулу ггм-галогеннитроэтена в вицинальное положение к нитрогруппе дополнительной электроноакцепторной функции, например, диал-коксифосфорильной, алкоксикарбонильной или ацильной, повышает электро-фильность кратной связи и a priori расширяет синтетические возможности этих соединений за счет появления дополнительных реакционных центров. Это делает их интересными объектами теоретической органической химии, а также удобными реагентами для синтеза полифункциональных нитросоединении, нитропредшественников замещенных р-аминокислот, для конструирования гетероциклических структур, обладающих потенциально биологически активными свойствами. В ряду вицинальнозамещенных галогеннитроэтенов наиболее изучены (З-галоген-Р-нитроэтенилфосфонаты, в меньшей степени - этил-Р-бром-Р-нитроакрилат, а их ароилсодержащие аналоги вообще неизвестны.
Работа выполнена в соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ по научно-исследовательской работе кафедры органической химии и проблемной лаборатории нитросоединении РГПУ им. А.И. Герцена (номер гос. регистрации 01 2003 04244), а также в рамках выполнения гранта Министерства образования РФ (Е02-5.0-138), персональных грантов Администрации С.-Петербурга (М04-2.5К-197, М05-2.5К-538) и Федерального агентства по образованию (А04-2.11-641).
Целью работы является синтез 1-арил-З-бром-З-нитропропенонов и ал-кил-3-бром-З-нитропропеноатов (-акрилатов), исследование реакций этих кар-бонилсодержащих галогеннитроэтенов с представителями N-, О-, S- моно- и бинуклеофильных реагентов, изучение строения полученных веществ.
Т,
.. .„,О: .
МЦИОНАДЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург
03 20о4кт/ОР
Объекты исследования. В соответствии с целью работы в качестве объектов исследования выбраны метил(этил)-3-бром-3-нитропропеноаты и 1-фенил(л-толил)-3-бром-3-нитропропеноны, которые в настоящей работе впервые введены в реакции с аминами, а также на примере метил(этил)-3-бром-3-нитропропеноатов - со спиртами, тиоспиртами и бинуклеофилами.
Научная новизна. Осуществлен синтез представителей ранее неизвестной группы ароилсодержащих гам-бромнитроэтенов - 1-арил-З-бром-З-нитропропенонов, а также получен новый галогеннитроэтен с алкоксикарбо-нильной функцией - метил-3-бром-З-нитропропеноат. Методами ЯМР 'Н, ИК и УФ спектроскопии исследована их тонкая структура, установлена принадлежность к Z-ряду.
Впервые изучены реакции исследуемых нитроалкенов с типичными мо-нонуклеофилами, а именно, - взаимодействие 1-арил-З-бром-З-нитропропенонов с анилином и морфолином, метил(этил)-3-бром-3-нитроакрилатов - с первичными, вторичными ариламинами, морфолином, пиперидином, метанолом, этанолом и и-хлортиофенолом; выявлены основные закономерности этих превращений. Показано, что реакции AdN протекают регио-направленно с атакой по С2-атому нитроэтенового фрагмента; продукты присоединения выделяются преимущественно в виде смесей эритро- и трео-диастереомеров. В случае использования высокоосновных нуклеофилов (мор-фолин, пиперидин), а также в присутствии триэтиламина первоначально образующиеся бромнитропропаноны и -пропаноаты претерпевают дегидробромиро-вание, что позволило разработать методы синтеза ряда оригинальных карбо-нилсодержащих нитроенаминов и представителя нитроенсульфидов - 2-(и-хлорфенилтио)-3-нитроакрилата.
Комплексно физико-химическими методами (ЯМР 'Н, ИК, УФ спектро-скопиия) с привлечением рентгеноструктурного анализа (РСА) охарактеризовано строение синтезированных нитроенаминов. Показано, что они представляют собой высокополяризованные структуры с z/ис-ориентацией амино- и нит-рогрупп (Z-конфигурация).
Впервые осуществлены реакции метил-3-нитроакрилата с представителями бинуклеофильных реагентов - о-фенилендиамином и о-аминотиофенолом; в результате в мягких условиях получены нигрометилзамещенные биядерные ге-тероциклы - бензодиазинон и бензотиазинон, которые являются продуктами нуклеофильной атаки по С2-атому 3-нитропропеноата и последующей гетеро-циклизации (при участии алкоксикарбонильной и аминогрупп), сопровождающейся отщеплением молекулы спирта.
Взаимодействие алкил-3-бром-З-нитроакрилатов с более широким рядом бинуклеофилов (этилендиамин, о-фенилендиамин, о-аминофенол и о-аминотиофенол) приводит к образованию ранее неизвестных нитрометиленза-мещенных пиперазинона, бензодиазинона и его S- или О-содержащих гетероа-налогов; наличие атома галогена в молекулах гел<-бромнитроакрилатов усложняет маршрут вышеуказанных превращений за счет реализации дополнительной стадии - дегидрогалогенирования. На основе анализа совокупности данных ЯМР 'Н, ИК и УФ спектроскопии охарактеризовано тонкое строение полученных гетероциклических веществ в растворе, В частности, обнаружена склонность юлрометилензамещенных бензодиазинона и бензоксазинона в растворе ДМСО к нитроенамин-нитроиминной таутомерии, установлено их существование в виде смеси таутомеров.
Исследование тонкой структуры представителя синтезированного гетероциклического ряда - 2-нитрометилен-4Я-бензо[1,4]тиазин-3-она методом РСА показало, что нитроэтеновый фрагмент его молекулы имеет Z-конфигурацию; для относительно плоского бензотиазинового фрагмента и нитрометиленовой группы характерно эффективное сопряжение по цепочке S-C=C-N02. Выявлена специфика упаковки молекул в кристалле - они существуют в виде центро-симметричных димеров; последние образуют накладывающиеся друг на друга слои, карбонильные группы которых испытывают сильное тс-тс взаимодействие.
Теоретическая значимость. Полученные экспериментальные данные расширяют теоретические представления об особенностях химического поведения функциональнозамещенных гем-галогеннитроалкенов, наглядно демонстрируя, что исследуемые бромнитроалкены являются высокореакционноспо-собными субстратами, которые регионаправленно взаимодействуют с широким рядом N-, О-, S- моно- и бинуклеофилов с образованием насыщенных продуктов присоединения, а также амино(арилтио)нитроэтеновых и гетероциклических структур.
Практическая значимость. Осуществлен синтез серии ранее не известных аминобромнитропропанона и -пропаноатов, аминонитропропенонов и -пропеноатов, которые можно рассматривать как нитропредшественники замещенных Р-аланина и Р-аминопропанона. Разработан способ конструирования оригинальных нитрометил- и нитрометиленсодержащих бензо[1,4]тиазинонов и их N- или О-содержащих аналогов, которые можно отнести к потенциально биологически активным веществам, а методики их получения являются препаративно доступными для использования в лаборатории и в промышленности. На защиту выносятся:
синтез и характеристика строения представителей карбонилсодержащих гам-бромнитроэтенов: 1-арил-З-бром-З-нитропропенонов и метил-3-бром-3 -нитропропеноата;
общие закономерности химического поведения изучаемого ряда галоген-нитроэтенов с представителями N-, О-, S- моно- и бинуклеофилов;
анализ строения синтезированных групп соединений на основе современных физико-химических методов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на молодежной научной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2004 г.), X международной конференции «Перспективы развития химии и практического применения алициклических соединений» (Самара, 2004 г.), конференции «Современные тенденции органической химии» (С.-Петербург, 2004 г.), IV международной конференции молодых ученых «Современные тенденции в органическом синтезе и проблемы химического образования» (С.-Петербург, 2005 г.), на ежегодных научных семинарах «Современные проблемы органической химии» (СПбГУ, РХО им. Д.И. Менделеева, 2005 г.) и «Герценовские чтения» (РГПУ им. А.И. Герцена, 2003-2005 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи в центральных Российских реферируемых журналах и 3 сообщения в виде материалов Международных и Российских конференций.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 172 страницы и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы (178 источников), включает 31 рисунок и 20 таблиц.
![Синтез, превращения и свойства 2-бром-5-нитро-6-метилимидазо-[2, 1-b]-1,3,4-тиадиазола](/i/i/4322/49762.png "Синтез, превращения и свойства 2-бром-5-нитро-6-метилимидазо-[2, 1-b]-1,3,4-тиадиазола Шарипова Рузигул Ёкубовна")
![Синтез и превращения производных 2-бром-7-метил-6-этил-5-оксо-5Н-1,3,4-тиадиазоло[3,2-а]пиримидина](/i/i/4499/329369.png "Синтез и превращения производных 2-бром-7-метил-6-этил-5-оксо-5Н-1,3,4-тиадиазоло[3,2-а]пиримидина Курбонова Назира Азизовна")
