Исследование взаимодействия 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов с соединениями, содержащими активированные связи С=Х Шуров Сергей Николаевич

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. Синтез, строение и химические свойства 5-замсщенных 2,3-

дигидро-2,3-фурандионов (Обзор литературы) 9

1.1. Методы синтеза 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов 11

1. Циклизация а,у-диоксоалкановых кислот 11

2. Взаимодействие триметилсилиловых эфиров еиолов с

оксал ил хлоридом 12

1.1.3. Прочие методы 13

2. Строение, электронная структура и спектральные свойства 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандиопов 13

3. Химические свойства 5-замещениых 2,3-дигидро-2,3-фураидионов 16

1.3.1. Взаимодействие 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов с
монофункциональными реагентами 17

1.3.1.1. Реакции 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фураидионов с
нуклеофилами 17

1. Реакции с азотсодержащими нуклеофилами (аминами, амидами, тиоамидами, азометанами, фосфиниминами, фосфазинами) 17

2. Реакции с кислородсодержащими нуклеофилам (водой, спиртами, оксимами) 21

3. Реакции с серосодержащими нуклеофилами 23

4. Реакции с углеродсодержащими нуклеофилами (соединениями с активной метиленовой группой, фосфоранами, алифатическими диазосоединениями) 23

1.3.1.2. Реакции с элсктрофилами 27

1.3.2. Взаимодействие 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов с

бифунциональными реагентами 28

1.3.2.1 Реакции АрФД с бинуклеофилами 28

1.3.2.1.1. Реакции с бинуклеофилами типа :X-Y: (гидразинами,

гидроксиламином) 28

1.3.2.1.2 Реакции с бинуклеофилами типа :X-C-Y: (мочевинами,

тиоамидами) 31

1.3.2.1.3. Реакции с бинуклеофилами типа :X-C-Y-Z:
(вицинальными диаминами, аминоэтанолом, о-
аминофенолом, 2-амииоэтилмеркаптаном,
о-аминотиофенолом, тиосемикарбазидом, гидроиодидом
S-метилизотиосемикарбазида) 32

1.3.2.1.4. Реакции с 1,3-диаминами 42

1.3.2.2. Реакции АрФД с реагентами, содержащими нуклеофильную

и элсктрофильиую группы 42

1.4. Термическое декарбонилирование 2,3-дигидро-2,3-фурандионов 45

5. Димеризация ароилкетенов (АрК) 46

6. Реакции 5-АрФД с карбонильными соединениями 46

7. Реакции 5-АрФД с азометанами 48

8. Реакции 5-АрФД с соединениями, содержащими связи C=N 48

5. Взаимодействие 5-АрФД с гетерокумуленами 51

6. Взаимодействие АрК, генерируемых термолизом 5 АрФД,

со слабыми иуклеофилами 52

1. Ароилацетилированис фенолов 52

2. Ароилацетилированис тиофенолов и меркаптанов 53

3. Ароилацетилированис фснилгидразонов карбонильных соединений 54

4. Ароилацетилирование амидов карбоновых кислот 54

5. Ароилацетилированис цианоаминов гетероциклического

ряда 55

1.4.6.6. Ароилацетилирование алифатических диазокарбоиильных
соединений 56

ГЛАВА 2. Исследование взаимодействия 5-замещенных 2,3-Дигидро-2,3-
фурандионов с соединениями, содержащими активированные
связи С=Х 59

6. Постановка задачи 59

7. Синтез объектов исследования 60

2.2.1. Синтез ароил- и циннамоилпировиноградных кислот 60

2.2.1.1. Строение молекулы циннамоилпировиноградной кислоты ....61

2.2.2. Синтез 5-замещенных 2,3-Дигидро-2,3-фураидионов 64

8. Квантово-химическое моделирование циклизации 4-(2-фурил)-2,4-диоксобутановой кислоты в 5-(2-фурил)-2,3-дигидро-2,3-фурандион 66

9. Исследование геометрического и электронного строения 5-замещеиных2,3-Дигидро-2,3-фурандионов нсэмнирическими и полуэмпирическими методами ССП МО ЛКАО 73

10. Исследование геометрического и электронного строения 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов 76

11. Исследование геометрического и электронного строения 5-стирил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов 86

12. Исследование геометрического и электронного строения 5-гетерил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов 87

3. Моделирование термического декарбонилирования 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов полуэмпирическим методом ССП МО ЛКАО в приближении MNDO-PM3 93

4. Моделирование димеризации ароилкетенов полуэмнирическим

методом ССП МО ЛКАО в приближении MNDO-PM3 100

2.2.4.1. Генерирование и димеризация циннамоилкетенов 109

5. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с малсиновым ангидридом 110

6. Взаимодействие 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов с 2,3-дигидро-1,4-диоксином 114

7. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с виниловыми эфирами 115

8. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с ацеталями

кетена 120

2.6.1. Синтез и строение алкиловых эфиров 5-арил-2-гидрокси-3-оксо-2,3-
дигидрофуран-2-илуксусных кислот 120

2. Квантово-химическое моделирование взаимодействия 5-фенил-2,3-дигидро-2,3-фурандиона с диметилацеталем кетена 128

3. Взаимодействие алкиловых эфиров 5-арил-2-гидрокси-3-оксо-2,3-дигидрофуран-2-илуксусиых кислот с 2,4-дииитрофенилгидразином 131

4. Взаимодействие алкиловых эфиров 5-арил-2-гидрокси-3-оксо-2,3-дигидрофуран-2-илуксусных кислот с о-фенилендиамином 134

5. Взаимодействие алкиловых эфиров 5-арил-2-гидрокси-3-оксо-2,3-дигидрофуран-2-илуксусных кислоте гидразином 138

7. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с кислотой Мелдрума 139

8. Взаимодействие 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов с енаминокарбоиильными соединениями 143

2.8.1. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов

с енамипокетонами 143

2.8.2. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с эфирами
енаминокарбоновых кислот 160

2.9. Взаимодействие 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов с

триметилсилилэтоксиацетиленом 165

2.9.1. Исследование взаимодействия 5-стирил-2,3-дигидро-2,3-

фурандионов с альдегидами и кетонами 170

2.9.1.1. Квантово-химическое моделирование взаимодействия
циниамоилкетена с бензальдегидом, ацетоном,
циклогексаноном и бензофеноном 173

2.10. Исследование взаимодействия 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-
фурандионов с азометанами 175

1. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с замещенными бензилиденбензиламинами 175

2. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандиоиов с замещенными бензилиденанилинами 183

3. Взаимодействие 5-фенил-2,3-дигидро-2,3-фурандиона с N-фенилимином коричного альдегида 188

4. Взаимодействие 5-фенил-2,3-дигидро-2,3-фурандиона с 6,7-димстокси-3,4-дигидроизохинолином 189

2.11. Взаимодействие 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандиоиов с гидразонами
карбонильных соединений 191

5. Взаимодействие 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов с гидразоном флуоренона 192

6. Взаимодействие 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов с арилгидразонами альдегидов 194

7. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с фенилгидразонами п-диметиламино- и п-метоксибензальдегидов 194

8. Взаимодействие 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов с арилгидразонами «-хлор- и я-нитробензальдегидов 197

9. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с 2,4-динитро-фенилгидразонами альдегидов и кетонов 200

2.12. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с изоцианидами.207

10. Взаимодействие 5-ЛрФД с изоцианидами в соотношении 1:1 207

11. Взаимодействие 5-ЛрФД с изоцианидами в соотношении 2:1 217

2.13. Исследование взаимодействия 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с
азинами карбонильных соединений 220

12. Взаимодействие 5-арил-2,3-Дигидро-2,3-фурандионов _с азинами при комнатной температуре 222

13. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с азинами в условиях термического декарбонилирования 225

2.14. Взаимодсйствыие 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов с
гетерокумуленами 228

2.14.1. Взаимодействие 5-замешенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов с

карбодиимидами 228

2.14.1.1. Взаимодействие 5-АрФД с кетениминами 231

2.14.2. Взаимодействие 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов с
кетенами 234

Глава 3. Экспериментальная часть 241

Выводы 278

Список литературы 280

Введение к работе

Актуальность работы. Пятичленные 2,3-ДИОКСОгетероциклы (в основном производные дигидрофурана и дигидропиррола) нашли широкое применение в ор ганическом синтезе как исходные для получения разнообразных карбонилсодср- жащих соединений линейного и циклического строения, в том числе и биологиче ски активных. Но как показали выполненные ранние исследования (Г. Колленц и сотр.), замещенные 2,3-дигидро-2,3-фурандионы демонстрируют более разнооб разное поведение и по этой причине достаточно перспективны. Но среди реакций 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов наиболее изучены (механизмы, осо- ф бенности катализа) реакции дециклизации под действием сильных нуклеофилов (амины, спирты, меркаптаны) и рециклизации под действием бинуклеофилов (о-фенилендиамин, о-аминофенол).

В меньшей степени изучены реакции протекающие в условиях термического декарбонилирования, сопровождающиеся образованием реакционноспособных ароилкетенов. Известно, что ароилкетены генерируемые таким образом, взаимо действуют с карбонильными соединениями и их иминопроизводными, давая 1,3-диоксины или 1,3-оксазины. В присутствии соединений, реакционная способ- ф ность в отношении ароилкетенов оказывается недостаточной, последние димери- зуются в производные а-пирона.

Проводимые исследование были поддержаны Российским Фондом фундаментальных исследований (грант № 98-03-32288).

Цель работы. Исследование взаимодействия 5-Лрил- (5-ЛрФД), 5-гетерил-(5-ГФД) и 5-стирил- (5-СФД) 2,3-дигидро-2,3-фурандионов с соединениями, сочетающими свойства нуклеофилов и диенофилов: а) содержащими кратные связи С-С (алкенами, простыми виниловыми эфира- |к ми, ацеталями кетенов, алкоксиацетиленами, енамминокарбонильными соединсня- ми, кетенами); б) содержащими связи C=N (азометанами, азинами, гидразонами, карбодии- мидами, кетеиимииами); в) содержащими связи С=0 (альдегидами и кетонами). щ Изучение электронного строения реагентов .методами квантовой химии и оценка их относительной реакционной способности по отношению к 5-замещенным 2,3-дигидро-2,3-фурандионам и генерируемым на их основе ароилке-тенам (АрК).

Научная новизна. Показано, что симметричные алкены (малеиновый ангидрид, N-фенилмалеинимид, 2,3-дигидро-1,4-диоксин) инертны по отношению к 5-ЛрФД и АрК, а несимметричные реагируют только с АрК. Установлено, что ацета-ли кетена и енамииокарбонильные соединения реагируют с 5-АрФД, в условиях более мягких, чем необходимо для их термического декарбонилирования, давая (Г продукты рециклизации. Обнаружено, азометины, альд- и кетазипы в зависимости от природы заместителей ведут себя как нуклеофилы, раскрывая цикл 5-АрФД, так и как диенофилы, реагируя с АрК.

Только с АрК взаимодействуют алкоксиацетилены, монозамещенные кетены, карбодиимиды и кетенимины.

Па основе квантово-химических расчетов впервые предложены механизмы реакций образования 5-ГФД, термического декарбонилирования 5-АрФД и 5-СФД, димеризации АрК, реакций 5-АрФД с ацеталями кетена кетеиами енаминокарбо- * пильными соединениями. Азометанами, а также АрК с виниловыми эфирами, ке- тенами, азометанами, альдегидами и кетонами, алкоксиацетиленами, карбодиими-дами и кетениминами.

Практическая ценность. Разработаны удобные препаративные методы получения 5-стирил- и 5-гетерил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов. В ходе работы разработаны методы синтеза представителей более, чем 40 типов соединений, получение которых ранее было затруднено или невозможно.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на VI междуна-

Я| родной конференции по органическому синтезу (Москва, 1986), V Всесоюзном симпозиуме но органическому синтезу (Москва, 1988), Международном симпозиуме по химии фурана (Рига, 1988), Всесоюзной конференции по химии каркасных соединений (Куйбышев, 1989), Межреспубликанской научно-практической конфе- \ ренции «Синтез, фармакология и клинические аспекты новых психотропных и сер- ф дечио-сосудистых веществ» (Волгоград, 1989), Межинститутском коллоквиуме «Химия биологически активных азотистых гетероциклов» (Черноголовка, 1990), Всесоюзном совещании «Кислородсодержащие гетероциклы» (Краснодар, 1990), I Всесоюзной конференции по теоретической органической химии (Волгоград, 1991), V Международной конференции по новым аспектам органического синтеза (Япония, Киото, 1991), V Конференции по химии карбенов (Москва, 1992), VII, VIII, IX Всероссийских конференциях «Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов» (Саратов, 1992, 1996, 2000), Межвузовской конференции «Научные основы создания химиотерапевтических средств» (Екатеринбург, 1993), Междуиа- V родном конгрессе химических обществ стран тихоокеанского бассейна (США, Го- нолулу, 1995), 15 Международном конгрессе по химии гетероциклов (Тайвань, Тайпей, 1995), Международной конференции «Органический синтез и комбинаторная химия» (Москва, 1999), Международной научной конференции «Перспективы развития естественных наук в высшей школе» (Пермь, 2001).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 статей и тезисы докладов 21 международных, всесоюзных (всероссийских) и региональных конференций, получено 2 авторских свидетельства. ^ Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 306 стра- ницах машинописного текста, иллюстрирована 86 таблицами, состоит из введения, трех глав, приложения и выводов. Список литературы включает 260 работ отечественных и зарубежных авторов.

Похожие диссертации на Исследование взаимодействия 5-замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов с соединениями, содержащими активированные связи С=Х

Синтез новых гетероциклических систем на основе взаимодействия 5-галогено-1,2,3-тиадиазолов с диаминами Волкова Наталья Николаевна

Взаимодействие 5-арил-2, З-дигидро-2, 3-фурандионовс активированными олефинамиПавлова, Елена Юрьевна

Синтез полицианозамещенных гидрированных производных пиридина взаимодействием 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с 1,3,5-триарил-2,4-диаза-1,4-пентадиенами и изучение их свойствКаюков, Яков Сергеевич

Взаимодействие 5-R-3H-фуран-2-онов, 4-оксокислот с 1,2- и 1,3-бинуклеофильными реагентамиАмальчиева Ольга Александровна

Реакции цинкорганических соединений с производными 2-цианопропеновой кислоты, 2-арилметилениндан-1,3-дионами и 5-арилметилен-2,2-диметил-1,3-диоксан-4,6-дионамиСтепанян Юлия Геворковна

1,2,3,4,5,6,7-Гепта(метоксикарбонил)циклогептатриен : получение, свойства и использование в синтезе полифункциональных карбо- и гетероциклических соединенийПлатонов, Дмитрий Николаевич

Синтез, реакции и биологическое действие 2-алкилтионикотинонитрилов, ди- и тетрагидропиридо(3'',2'':4,5)тиено(3,2-d)пиримидин-4-онов и 2-гетарилтиено(2,3-b)пиридиновКостенко Екатерина Сергеевна

1,2,3,4,5,6,7,8-октагидро-1,6-нафтиридины и 2,3,4,5,6,7,8,9-октагидро-1Н-пиридо[4,3-b]азепины. Синтез и реакционная способностьЕсипова Татьяна Владимировна

Синтез и свойства 2,3,5-замещенных тетрагидрофурановХандин, Александр Владимирович

Синтез замещенных 2,3,5,6-тетрагидропиран-2,4-дионов на основе реакции Реформатского и изучение их реакций с электрофильными реагентами Сажнева Юлия Хамитовна