Введение к работе
Актуальность темы исследования. Катализируемые металлами реакции кросс-сочетания известны достаточно давно. Одной из первых таких реакций является группа катализируемых медью реакций, часто объединяемых под названием реакция Ульманна. Реакция Ульманна позволяет проводить гомосочетание арилгалогенидов или гетерарилгалогенидов, арилирование фенолов, аминов, амидов (реакция Гольдберга), тиофенолов, сульфиновых кислот. Свидетельством эффективности данного метода является его широкое применение в промышленных масштабах для синтеза лекарственных препаратов, агрохимикатов и в химии полимеров. Однако для классической реакции медь-катализируемого кросс-сочетания требуются жесткие условия: температура до 1800С, большая продолжительность реакции и стехиометрические количества меди, что ограничивает ее применение.
Примерно с 70-х годов ХХ века лидирующее положение в химии кросс-сочетаний занимает катализ переходными металлами, поскольку он, в отличие от классических реакций сочетания по Ульманну, не требует таких жестких условий. Это оказалось настолько важным для современной синтетической органической химии, что за разработку реакций образования связей С-С, катализируемых соединениями палладия, А. Сузуки, Э. Негиши и Р. Хек в 2010 году были удостоены Нобелевской премии. Однако в последнее десятилетие интерес к медь-катализируемым реакциям сильно возрос после того, как было обнаружено, что добавление лигандов позволяет проводить реакции Ульмана в более мягких условиях. Медь имеет ряд преимуществ, например, перед палладием в реакциях кросс-сочетания при образовании С-N, C-O и C-S связей. Помимо доступности солей меди, в реакциях медь-катализируемого кросс-сочетания возможно использование мягких оснований, что особенно благоприятно при проведении синтеза с чувствительными к составу среды реагентами. Кроме того, в реакциях кросс-сочетания палладий проявляет меньшую хемоселективность, в отличие от меди, применение которой делает возможным проведение реакций селективно по одному из реакционных центров молекулы.
Особенно заметны преимущества медь-катализируемого кросс-сочетания на примере арилирования ароматических и гетероциклических тиолов, так как соединения, содержащие группу SH, способны образовывать с палладием стабильные тиолатные комплексы, снижающие активность катализатора.
К настоящему времени накоплен большой фактический материал о влиянии лигандов, источников меди и оснований на протекание катализируемых медью реакций, однако эти факты невозможно объединить в единую теорию механизма данных реакций. Учитывая широкие синтетические возможности медь-катализируемого кросс-сочетания, изучение этой реакции представляется актуальным с точки зрения как фундаментальной, так и практической химии.
Особое внимание заслуживает микроволновая активация (МВА) реакций кросс-сочетания как энергосберегающий и экологически безопасный метод их интенсификации. В большинстве случаев МВА позволяет существенно ускорить химические процессы, уменьшить содержание побочных продуктов, а в ряде случаев и изменить селективность реакций. К настоящему времени известно много примеров ускорения медь-катализируемых реакций С-N, C-O и C-S кросс-сочетания в условиях МВА, однако причины интенсификации этих процессов так и не были установлены. Поэтому является актуальным изучение кинетических закономерностей реакции медь-катализируемого кросс-сочетания при конвекционном и диэлектрическом нагреве, что позволит предположить механизм влияния МВА.
В качестве объектов для исследования нами были выбраны 1-замещенные тетразол-5-тиолы, так как реакции этих соединений с арилгалогенидами практически не изучены. На примере тетразол-5-тиолов легко проследить влияние источников меди и строения лигандов на выходы продуктов и скорость реакции.
Степень разработанности темы диссертационного исследования. В последние годы наблюдается рост количества публикаций, посвященных изучению модифицированных реакций Ульмана. Так, большое внимание исследованию влияния основания, источников меди и строения лигандов на реакции кросс-сочетания, катализируемых медью, уделялось в работах Бухвальда,
Пэйна, Ванг. Кроме того, стоит отметить работы Ма, Боумена, Бухвальда, Стала, Гуо и Ван Котена, в которых предприняты попытки объяснить механизм медь-катализируемых реакций кросс-сочетания. Кинетические закономерности модифицированной реакции Ульмана изучались Норрби и Ларсоном. Однако, несмотря на то, что учеными собран большой массив экспериментальных данных, в настоящее время отсутствуют точные обоснования выбора тех или иных условий, таких как тип и количество основания, тип лиганда, источник меди, а точный механизм реакций кросс-сочетания, катализируемых медью, так и не был установлен.
Цели и задачи диссертационного исследования. Целью диссертационного исследования является разработка метода синтеза 1-замещенных 5-арилсульфанилтетразолов и изучение их химических и физико-химических свойств, а также изучение кинетики и механизма частного случая медь-катализируемых реакций кросс-сочетания – реакции 1-замещенных тетразол-5-тиолов с арилгалогенидами при конвекционном и диэлектрическом нагревах. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
определить оптимальные условия медь-катализируемого арилирования 1-замещенных тетразол-5-тиолов арилгалогенидами;
осуществить синтез ряда ранее неописанных 1-замещенных 5-арилсульфанилтетразолов;
провести кинетические измерения на примере медь-катализируемой реакции кросс-сочетания 1-фенил-1Н-тетразол-5-тиола и йодбензола;
исследовать переходные комплексы меди в ходе реакции медь-катализируемого кросс-сочетания 1-фенил-1Н-тетразол-5-тиола и йодбензола. Научная новизна: разработан метод синтеза 1-замещенных 5-арилсульфанилтетразолов,
исследовано влияние лигандов, источников меди, строения арилгалогенидов на протекание медь-катализируемого арилирования. Данным методом с высокими выходами получен ряд 1-замещенных 5-арилсульфанилтетразолов. Показано, что применение МВА позволяет существенно сократить продолжительность реакций кросс-сочетания и увеличить выходы целевых соединений.
Впервые были выделены, идентифицированы и изучены промежуточные комплексы меди с этилендиамином и 1-фенил-1Н-тетразол-5-тиолом, что позволило обосновать роль лиганда в реакции кросс-сочетания.
Впервые изучены кинетические закономерности арилирования 1-фенил-1Н-тетразол-5-тиола йодбензолом в условиях конвекционного и диэлектрического нагрева и рассчитаны активационные параметры реакции. На основе полученных кинетических данных сделан вывод о том, что ускорение процессов при микроволновом облучении обусловлено интенсификацией массо- и теплопереноса, а не наличием «специфического» микроволнового эффекта.
При окислении 1-замещенных 5-арилсульфанилтетразолов м-хлорпероксибензойной кислотой и перйодатом натрия в присутствии хлорида рутения (III) при конвекционном нагреве и в условиях МВА с высокими выходами образуются 1-замещенные 5-арилсульфонилтетразолы. Исследованы физико-химические свойства 1-замещенных-5-арилсульфонилтетразолов.
Теоретическая и практическая значимость: разработан метод синтеза 1-замещенных 5-арилсульфанилтетразолов при конвекционном нагреве и в условиях МВА. Показано, что МВА позволяет существенно сократить продолжительность реакции кросс-сочетания и увеличить выходы целевых продуктов. Данный метод может представлять практический интерес как способ получения труднодоступных 1-замещенных 5-арилсульфанилтетразолов. Разработаны методы получения 1-замещенных 5-арилсульфонилтетразолов, которые могут стать удобными синтонами в синтезе биологически активных веществ и лекарственных препаратов. Уточнен механизм реакции кросс-сочетания 1-замещенных тетразол-5-тиолов с арилйодидами.
Методология и методы исследования: для исследования строения полученных в работе соединений использован комплекс современных физико-химических методов исследования, включающий ИК-спектроскопию, элементный анализ, спектроскопию ЯМР на ядрах 1Н. Выполнен рентгеноструктурный анализ некоторых соединений. Кинетические измерения проводили с помощью метода ВЭЖХ.
На защиту выносятся:
Метод получения 1-замещенных 5-арилсульфанилтетразолов;
Кинетические закономерности, активационные параметры медь-катализируемого кросс-сочетания 1-фенил-1#-тетразол-5-тиола с йодбензолом в условиях конвекционного и диэлектрического нагрева;
Структуры промежуточных комплексов меди с этилендиамином и 1-фенил-Ш-тетразол-5-тиолом и их роль в механизме реакции;
Методы получения 1-замещенных-5-арилсульфанилтетразолов и изучение реакционной способности полученных 1-замещенных 5-арилсульфонилтетразолов в реакциях с С-, О-, N-нуклеофилами.
Апробация работы: основные положения диссертации доложены и обсуждены на международных конференциях «International Congress on Organic Chemistry» (Казань, 2011), «Frontiers of Organometallic Chemistry» (Санкт-Петербург, 2012). По материалам конференций опубликованы сборники тезисов докладов.
Публикации: по теме диссертации опубликовано в журналах из перечня ведущих периодических изданий ВАК 4 статьи, 2 тезиса докладов.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, заключения. Работа изложена на 109 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 7 рисунков, 41 схему. Список литературы включает ПО ссылок.
![Получение и свойства новых производных тиазоло[3,2-а][1,3,5]триазина](/i/i/4333/300923.png "Получение и свойства новых производных тиазоло[3,2-а][1,3,5]триазина Медведский Николай Леонидович")
