Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из фундаментальных задач, стоящих перед химиками-органиками, является поиски новых реагентов и исследование новых синтетических возможностей известных в новых комбинациях или приложениях к нестандартным для них задачам. Это позволяет создавать эффективные методы синтеза ранее неизвестных или малодоступных веществ, обладающих полезными свойствами. К таким соединениям относятся полиядерные азотистые гетеросистемы. Помимо их общетеоретической значимости (ароматичность, механизм нуклеофильного замещения, стабильность ион-радикалов и др.), это в значительной степени связано с прикладными аспектами. Многие соединения данного ряда используются в качестве красителей и люминофоров, входят в состав известных алкалоидов и антибиотиков.
В последнее время наблюдается дальнейший рост внимания к полиядерным системам типа азапиренов. Одной из причин этого является их применение как люминесцентных интеркаляторов. Так, среди немногочисленных изученных представителей азапиренов, в основном это 4,9- и 2,7-диазапирены, многие проявляют анальгетическую, противовирусную, антибактериальную, а также противораковую активность. Механизм подобного действия, как раз обычно и связан с их способностью выступать в качестве интеркаляторов. Дополнительный интерес к полиазапиренам обусловлен развитием супрамолекулярной химии. Например, недавно предложена эффективная модель молекулярного переключателя на основе системы 2,7-диазапирена.
Несмотря на многообразие возможных структур азапиренов и других пери-аннелированных гетероциклов, в настоящее время синтезированы лишь некоторые представители, как правило, не содержащие функциональных групп. Это связано, в первую очередь, с отсутствием удобных методов пери-аннелирования гетероциклических ядер к феналенам и азафеналенам.
В нашей лаборатории накоплен большой опыт в разработке методов пери-аннелирования. Так, например, ряд таких методов был создан на основе ацилирования перимидинов найденной нами системой реагентов 1,3,5-триазины/ПФК. Эти работы позволили разработать простые, одностадийные методы пери-аннелирования различных циклов к феналенам и азафеналенам, которые, как показали последующие исследования, носят общий характер. Были разработаны методы пери-аннелирования карбоциклического, [c,d]пиридинового и пиридазинового ядра. В последнем случае найденные методы, как выяснилось, не носят общего характера. Таким образом, эффективные методы пери-аннелирования циклов, содержащих атом азота, связанный с пери-положением нафталиновой системы, отсутствуют.
Эти обстоятельства послужили толчком для дальнейшего развития методологии пери-аннелирования. Так, очевидно, что реакция ацилирования легко совмещается с реакцией Шмидта, что в итоге позволяет ввести в пери-положение нафталиновой системы атом азота. Другим потенциальным азотсодержащим реагентом является нитрозил – катион. Достоинством последнего является возможность вводить в молекулу электрофильную азотсодержащую группу – «мишень» в реакциях конденсации. Это открывает перспективы для создания ранее неизвестных методов пери-аннелирования, о которых говорилось выше. Данная работа посвящена решению этой проблемы на примере перимидинов, 1,2,3-триазапирена и кетонов их ряда.
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 (грант № 10-03-00193а).
Цель работы: исследование реакции перимидинов и 1Н-нафто[1,8-de][1,2,3]триазина (1,2,3-триазафеналена) с нитрозирующими реагентами и создание на этой основе новых методов пери-аннелирования пяти- и шестичленных циклов, содержащих атомы азота, связанные с пери- положением нафталинового фрагмента азафеналенов.
Научная новизна и практическая значимость.
Изучена реакция перимидинов с нитритом натрия в полифосфорной кислоте (ПФК). Показано, что в отличие от других кислот в ПФК не образуется значительных количеств продуктов нитрования. В ходе этой реакции наряду с образование продуктов нитрозирования по положениям 6(7) и 4(9) образуются продукты сочетания по положениям 6(7) – 6(7),6’(7’)-биперимидины.
Показано, что нитрозирование 6(7)-ацетилперимидинов нитритом натрия в ПФК при 900С приводит к образованию неизвестных ранее 8-гидрокси-1,3,6-триазапиренов. С 1,2,3-триазафеналеном образуется 8-гидрокси-1,2,3,6-тераазапирен.
Разработан метод синтеза 1-окса-5,7-диазациклопента[c,d]феналенов, основанный на фотохимическом разложении N-нитрозо-6(7)-формил(ацетил,бензоил)перимидинов.
Установлено, что последовательность: реакция Шмидта – нитрозирование – гетероциклизация перимидинов, содержащих в пери-положении карбонильную группу, приводит к образованию смеси 1H-1,2,5,7-тетраазациклопента [c,d] феналенов и N-оксидов 1,3,6,8-тетразаапиренов с преобладанием последних, на основании чего был разработан метод синтеза 1,3,6,8-тетразаапиренов. Реализован трехкомпонентный вариант этого превращения.
Разработан метод синтеза 1,2,3,6,8-пентаазапиренов из 6(7)-ацил(бензоил)-1,2,3-триазафеналенов, основанный на последовательности: реакция Шмидта – нитрозирование – гетероциклизация..
Найдена мультикомпонентная реакция перимидинов с ацетофеноном и нитритом натрия в ПФК. Показано, что в результате этой реакции образуется смесь 8-фенил-1,3,6-триазапиренов и 6,8-дифенил-1,3-диазапиренов. Аналогично с 1,2,3-триазафеналеном был получен неизвестный ранее 8-фенил-1,2,3,6-тетраазапирен.
Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на международной конференции «Advanced Science in Organic Chemistry» (Мисхор, 2010), III международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященной 95-летию со дня рождения проф. А.Н. Коста, (Москва, 2010), II международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2010), Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной всемирному году химии «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2011), Второй Международной научной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Железноводск, 2011), научных конференциях преподавателей и студентов Ставропольского государственного университета, 2008-2011 г.г.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 3 статьях перечня ВАК и 4 статьях в сборниках и тезисах докладов конференций.
Достоверность полученных результатов. Строение полученных соединений подтверждено с помощью 1H, 13С ЯМР (в том числе двумерной С-Н) и ИК-спектроскопии, данными элементного анализа, в ряде случаев масс-спектрометрии и встречным синтезом.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 106 страницах, иллюстрирована 85 схемами, 13 таблицами и 3 рисунками. Библиография содержит 116 литературных ссылок.
