Введение к работе
Актуальность темы. Исследование механизмов нуклеофильного
замещения и присоединения позволяет определить движущие силы и
границы применимости этих широко распространенных в органической
химии реакций и на этой основе разрабатывать новые методы синтеза
практически полезных соединений Стабильные биполярные
спироциклические ст-комплексы типа 1 предоставляют редкую возможность
получать информацию о строении, таутомерии и стереодинамике
интермедиатов нуклеофильного ароматического замещения
экспериментальными методами
о
Е - электроноакцепторные группы Динитробензофуроксан
Nu-нуклеофильные центры
Применение суперэлектрофильных нитробензоксадиазолов, например 2, легко реагирующих даже с очень слабыми нейтральными С-нуклеофилами, позволяет существенно расширить круг образующихся на их основе структур со значительным внутримолекулярным переносом заряда, моделирующих ключевые стационарные точки на поверхности потенциальной энергии электрофильно-нуклеофильных реакций Эта высокая, разнообразная и управляемая реакционная способность суперэлектрофилов обусловила их широкое применение для создания новых материалов, синтеза биологически активных соединений и анализа природных объектов Число публикаций по химии нитробензоксадиазолов нарастает и за последние 10 лет превысило 1250 (по данным Chem Abstr) Таким образом, изучение процессов, лежащих на стыке ароматического нуклеофильного замещения, циклоприсоединения и спироциклизации, будет способствовать как совершенствованию фундаментальных знаний, так и прогрессу в прикладных областях химии гетероциклических соединений
Целями работы являются
разработка методов синтеза новых биполярных спироциклических а-комплексов - интермедиатов внутримолекулярного нуклеофильного замещения
исследование кинетики и механизма их таутомерных и стереодинамических превращений
синтез и исследование продуктов взаимодействия гетероароматических суперэлектрофилов с С-нуклеофилами
экспериментальное исследование фундаментального соотношения между суперэлектрофильностью и перициклической активностью
Научная новизна и практическая значимость. Впервые исследованы методом динамического ЯМР хиральные биполярные спироциклические с-комплексы — стабильные интермедиаты внутримолекулярного нуклеофильного ароматического замещения
Применение суперэлектрофильных нитробензоксадиазолов позволило существенно расширить круг таутомерных систем как с экзоциклическим, так и с эндоциклическим расположением нуклеофильных центров, способных к спироциклизации с внутримолекулярным разделением заряда
Предлагается новый подход к исследованию лежащих в шкале времени ЯМР процессов энантиотопомеризации, основанный на использовании орто-замещенных производных 2-фенилбензимидазола Метод не требует введения диастереотопной метки в ближайшее окружение стереогенного спироуглеродного центра
Найден новый способ синтеза тетрагидробензазинов, отличающийся от известных тем, что циклизация происходит путем диастереоселективного образования связи углерод-углерод, а не углерод-гетероатом Установлен механизм и границы препаративного применения этой реакции
Разработан новый метод формирования углерод-углеродной связи между ароматическими суперэлектрофилами и ^-избыточными карбо- или гетероциклами путем SNAr-SEAr реакций, приводящих к сольватохромным соединениям с внутримолекулярным переносом заряда Обнаружена ранее неизвестная рециклизация производных индолизина в бетаины хинолизиния
Впервые изучены структура и химические свойства нитробензодифуроксана Проведены комплексные синтетические и структурные исследования с применением РСА и спектроскопии ЯМР процессов циклоприсоединения я-избыточных алкенов и диенов На основе полученных данных сделаны выводы о движущих силах электрофильной и перициклической активности, впервые обнаружено их антибатное изменение Впервые в ряду нитробензоксадиазолов синтезированы и исследованы продукты присоединения по Михаэлю.
Показано, что перициклические реакции нитробензодифуроксана с циклическими и линейными диенами отличает высокая скорость и абсолютная регио- и диастереоселективность Строение аддуктов Дильса-Альдера доказано с помощью ЯМР 'Н, 13С, COSY, HETCOR и NOE экспериментов и подтверждено данными РСА
Разработаны методы применения в реакциях Дильса-Альдера высокоактивных диенов, образующихся in situ в равновесных следовых количествах в результате кислотно-катализируемых прототропных сдвигов Полученные таким образом высокофункционализированные производные нитробензодифуроксана могут быть использованы в качестве синтонов для дальнейших превращений
Препаративно выделены и охарактеризованы методами ЯМР спектроскопии и РСА структуры, характеризующие все важнейшие взаимодействия суперэлектрофилов с С-нуклеофилами внутримолекулярные
я-комплексы с контактным переносом заряда, биполярные спироциклические с-комплексы, диарилы с разделением зарядов через систему сопряженных связей, аддукты типа Михаэля, продукты реакций Дильса-Альдера с прямыми и обращенными электронными требованиями
Исследованные реакции и разработанные методы синтеза могут служить основой для создания веществ с практически полезными свойствами, например материалов с нелинейно-оптическими свойствами или лекарственных веществ - экзогенных источников оксида азота (II)
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации доложены на Всесоюзной конференции «Ароматическое нуклеофильное замещение» (Новосибирск, 1989), Всероссийской конференции «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 1997, 1999), Всероссийской конференции по химии гетероциклов памяти АН Коста (Суздаль, 2000, Москва, 2005), III Всероссийской конференции «Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях» (Казань, 2000), V Всероссийском семинаре по магнитному резонансу (Ростов-на-Дону, 2000), XX Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону, 2001), Международной конференции «Химия и биологическая активность азотистых гетероциклов и алкалоидов» (Москва, 2001, Черноголовка, 2006), Fast Reactions in Solution meeting (Versailles, France, 2001), 9th European Symposium on Organic Reactivity (Oslo, Norway, 2003)
По материалам работы опубликованы 33 статьи в центральной и зарубежной печати и 15 тезисов докладов
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы Первая глава посвящена обзору свойств нитробензоксадиазолов и важнейшим областям их практического применения Во второй и третьей главе обсуждаются результаты исследований автора Четвертая глава - экспериментальная часть Объем работы - 253 стр , включая 23 таблицы и 49 рисунков
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проекты №№ 01-03-32550, 05-03-32534)
