Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Взаимодействие тетрацианоэтилена с карбонильными соединениями, свойства 4-оксоалкан-1Л ,2,2-тетракарбонитрилов (литературный обзор) 6
1.1 Взаимодействие тетрацианоэтилена с карбонильными соединениями 6
1.1.1. Основные направления взаимодействия тетрацианоэтилена с карбонильными соединениями 7
1.1.2. Алифатические и жириоароматические кетоны и тноны в реакциях с ТЦЭ 10
1.1.3. Взаимодействие с бензофенонами и их производными 14
1.1.4. Тетрацианоэтилирование а-замещенных кетонов 15
1.1.5. Непредельные и [З-замещенные карбонильные соединения І7
1.1.6. Взаимодействие ТЦЭ с дикарбонильными соединениями и их аналогами 24
1.1.7. Реакции а-галоген-(3-дикарбонильных соединений с ТЦЭ 34
1.2. Свойства 4-оксоалкан-1 Л ,2,2-тетракарбонитрилов 35
1.2.1. Самопроизвольные модификации 4-оксоалкан-1Л ,2,2-тетракарбонитрилов 36
1.2.2. Взаимодействие 4-оксоалкан-1Л ,2,2-тетракарбонитрилов с веществами основной природы и нуклеофилами 37
1.2.3. Взаимодействие 4-оксоалкан-1Л ,2,2-тетракарбонитрилов с кислотами .43
1.2.4. Взаимодействие 4-оксоалкаи-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с соединениями, содержащими кратные связи 45
Глава 2, Взаимодействие тетрацианоэтилена с альдегидами 50
2.1. Общие закономерности взаимодействия тетрацианоэтилена с альдегидами50
2.1.1. Получение 3,8-диалкил-6-имино-2,7-диоксабицикло[3.2.1 ]октан-4Д5- трикарбонитрилов 51
2.1.2. Синтез 5-К1-5-К2-2-галоген-6-гидрокси-5,б-дигидро-1Я-пиридин-3,4,4- трикарбонитрилов 60
2.1.3. Получение 2,4-диалкил-7-имино-6-оксабицикло [3.2.1 ]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов 66
2.1.4. Взаимодействие тетрацианоэтилена с карбонильными соединениями в присутствии ацетата аммония 74
2.1.4.1. Описание структуры аминоэтилентрикабонитрила 83
2.2, Изучение особенностей строения и его влияние на свойства полученных соединений 87
2.2.1. Внутримолекулярное взаимодействие гидроксильнои и цианогрупп, в момент образования 87
2.2.2. Взаимное влияние гидроксильнои и цианогрупп в 5,5-диалкил-2-галоген-6-гидрокси-5,6-дигидро-1Я-пиридин-3,4,4-трикарбонитрилах 92
2.2.2.1. Взаимодействие 5,5-диалкил-2-галоген-6-гидрокси-5,6-дигидро-1Я-пиридин-3,4,4-трикарбонитрилов с О- нуклеофилами 93
2.2.2.2. Взаимодействие 5,5-диалкил-2-галоген-6-гидрокси-5,6-дигидро-1#-пиридин-3,4,4-трикарбонитрилов с N нуклеофилами 117
2.2.3. Превращения тетрагидроииридинов и их производных в концентрированной азотной кислоте 125
2.2.4. Раскрытие дигидрофуранимидного фрагмента 3-алкил-8,8-диалкил-6-имино-2,7-диоксабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбонитрилов 132
2.2.4.1. Реакции 3-алкил-6-имино-8,8-диалкил-2,7-диоксабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбонитрилов с ацетальдоксимом... 132
2.2.4.2. Взаимодействие 3-алкил-8,8-диалкил~6-имино-2,7~ диоксабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбонитрилов с оксимами кетонов.. 135
2.2.5. Закономерности превращений сопровождающихся образованием дигидро-2(ЗЯ)-фураниминного фрагмента и его раскрытием 138
Глава 3. Экспериментальная часть 141
Выводы 161
Список литературы 163
Приложения 181
- Взаимодействие 4-оксоалкан-1Л ,2,2-тетракарбонитрилов с кислотами
- Взаимодействие тетрацианоэтилена с карбонильными соединениями в присутствии ацетата аммония
- Превращения тетрагидроииридинов и их производных в концентрированной азотной кислоте
- Закономерности превращений сопровождающихся образованием дигидро-2(ЗЯ)-фураниминного фрагмента и его раскрытием
Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с все возрастающим ростом потребности современной науки (медицинская химия [1], нанотехнология [2] и молекулярная электроника [3]) в соединениях, имеющих достаточно сложное строение, перед химиками-синтетиками встала задача создания прикладных методов синтеза таких веществ, в том числе и с использованием комбинаторной химии. Очевидно, что усложнение строения и функционального обрамления молекул увеличивает стадийность и сложность методов его синтеза [4]. Надо отметить, что при этом наблюдается резкое снижение выхода конечного соединения, связанное с вышеуказанным фактом и побочными процессами. Кроме того, это ведет к возрастанию количества отходов, что экологически неприемлемо. Поэтому специалисты и ведущие фирмы мира ведут активный поиск идеологий, лишенных указанных недостатков.
Высокий синтетический потенциал в этой области показали непредельные нитрилы [5-15]. Нитрилы, как класс соединений и нитрильная группа, как функциональная играют особую роль в органической химии. Действительно, трудно найти другую функциональную группу, которая столь легко вводилась бы в молекулу и обладала такой высокой активностью, обусловленной сочетанием поляризуемости и ненасыщенности. Не случайно в основе одной из наиболее серьезных концепций возникновения добиологической Жизни лежит рекомбинация молекул синильной кислоты [2]. Сравнительно недавно, было обнаружено, что накопление нитрильных групп в одной молекуле взаимно активирует их, приводя к "взрыву" реакционной способности и, как следствие, каскадам уникальных химических превращений.
Тетрацианоэтилен (ТЦЭ) - один из ярких представителей класса пернитрильных алкенов [7,12,13,15]. Интенсивно развивающимся направлением химии тетрацианоэтилена в последнее время стало синтез и изучение свойств его аддуктов с кетонами [17-21]. Среди аддуктов и их производных найдены
перспективные противораковые препараты [22], получены комплексы с переносом заряда [23] и соли с плоским органическим анионом имеющие перспективу использования в качестве элементов молекулярной электроники [24-26].
Несмотря на большое количество сообщений о взаимодействии ТЦЭ с карбонильными соединениями, все они относятся к кетонам, а альдегиды обойдены вниманием исследователей.
Цель работы. Исследование закономерностей взаимодействия тетрацианоэтилена с альдегидами. Изучение реакций полученных соединений идущих с участием дигидро-2(ЗЯ)-фураниминной составляющей или фрагмента, содержащего 1,3-диаксиальные гидрокси и цианогрупы, как ее предшественника.
Научная новизна. Впервые начато исследование взаимодействие тетрацианоэтилена с альдегидами. Установлено что, варьируя молярное соотношение реагентов, вид и количество катализатора, удается осуществить синтез ранее неизвестных 6-имино-2,7-диоксабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбонитрилы, 2-галоген-6-гидрокси-5,6-дигидро-1Я-пиридин-3,4,4-трикарбо-нитрилы, 7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов и синтез 2-(5-амино-2,3-дигидро~4Я-имидазол-4-илиден)малононитрилов. Изучено взаимодействие 2-галоген-6-гидрокси-5,6-дигидро-1Я-пирид;ин-3,4,4-трикарбонитрилов с О- и N-нуклео филами. В результате взаимодействия полученных соединений с концентрированной азотной кислотой, обнаружена миграция хлора.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, и выводов. Первая глава (литературный обзор) посвящена взаимодействию тетрацианоэтилена с карбонильными соединениями и свойствам 4-оксиалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов. Во второй главе обсуждены результаты диссертационных исследований. Третья глава - экспериментальная.
Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту Ершову Олегу Вячеславовичу (ЧТУ им. И.Н.Ульянова) и за проведение рештеноструктурных исследований - Тафеенко Виктору Александровичу (МГУ им. Ломоносова).
Взаимодействие 4-оксоалкан-1Л ,2,2-тетракарбонитрилов с кислотами
Превращения 2-(1,1,2,2-тетрацианоэтил)циклопентанона в спирте отличаются от приведенных для других тетрацианоалканонов. Дикинсон [115] обнаружил, что 2-(1)1,2,2-тетрацианоэтил)циклопентанон (168) при нагревании в этаноле теряет одну молекулу синильной кислоты и присоединяет две молекулы спирта. Он предложил, что образуется иминоэфир (169). Дюкер и Гюнтер [85] более тщательно изучили данный процесс. Этанольный раствор соединения (168) нагревали до кипения в течение 50 мин. Спирт испарили при пониженном давлении. Остаток разбавили этилацетатом. Выделившийся осадок отфильтровывали, перекристаллизовали из ацетона и получили 2-амино(этокси)м етил- 3-(1 -этокси-2-оксоциклопентил)бут-2 ендиыитрил (170) с выходом 37%. Фильтрат отделили, упарили и выделили 2,3-дициано-3-(2;-этоксициклопент-1 -енил)проп-2-енамид (171). При концентрировании оставшегося фильтрата было получено третье вещество - 2-амино(этокси)-метилен-3-(2-оксоцшслопентилиден)-бутандинитрил (172). В кипящем спирте диен (172) присоединяет этанол и превращается в бутендинитрил (170).
Необычное присоединение по нитрильной группе наблюдается при взаимодействии тетрацианоалканонов (2) с 0,0-диалкил(арил) дитиофосфорными кислотами, приводящее к образованию сложных смесей веществ, из которых с выходом 6-32% удалось выделить только производные (173) [116]. Данное превращение показывает первоначальное направление атаки кислых реагентов. При действии концентрированной галогенводородной кислоты происходит ацидолиз нитрильной функции дицианометиленового фрагмента соединений (2) с последующей циклизацией, приводящей к формированию тетрагидропиридинового цикла (174). Взаимодействие остановлено на этой стадии только для 2-метилциклогексанона [59,20], в остальных случаях происходит дегидроцианироваиие с араматизацией до пиридина (175) [20,49, 54, 110,113,117], Для тетрацианоалканонов у которых R,=Ar, R2=H; R =C3H7, R2=H; R K Hn, R2=H; R +R2=(CH2)3; R +R2=(CH2)4 бром и некоторые хлор-производные пиридинов не выделены [20]. - На аддукт ТЦЭ и ацетона хлористый водород действует иначе, чем на остальные аддукты, при этом образуется пирай (176) [54]. При взаимодействии с 50% серной кислотой с 3-метил-4,4,5,5-тетрациано-2-пентаноном выделен 5,6-диметил-3,4-дициано-2(1Н)-пиридон с выходом 10%. Для других тетрацианоалканонов (2) взаимодействие с серной кислотой приводит к смеси продуктов из которой выделить индивидуальное вещество не удалось [49]. Неожиданно легкий гидролиз идет с пировиноградной кислотой. При этом сама кислота не входит в состав полученных соединений, которые были идентифицированы как 3,4 дициано-2-пиридоны (166) [49, 111] и сравнены с ранее полученными при взаимодействии со спиртами [115]. Атака по кратным связям фенилизоциаиата показывает С-Н кислотые свойства тетрацианэтилированных кетонов (2).
При этом образуется аддукт (177) по предложенной схеме [47]. На первом этапе реакции между тетрацианоаяканонами и альдегидами происходит взаимодействие СН-кислотного центра тетрацианоалканонов (2) и карбонильной группы. Первоначально сообщалось, что получаются 3-имино-4,8,8-трициано-2,6-диоксабицикло[2,2,2]октаны (178) [49, 118, 1П]. Однако позднее методом РСА было доказано, что образуются 6-имино-2,7-диоксабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбонитрилы (179) [17, 20, 119, 120]. Схема 79. RCN?N Во взаимодействие с 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилами можно вовлекать альдегиды жирного, ароматического, гетероциклического рядов. При этом отмечено, что хлораль, дихлорацетальдегяд, салициловый альдегид в реакцию не вступают. Соединения (179) также образуется при взаимодействии тетрацианоэтилированных кетонов (2) с азометанами в водноспиртовом растворе или с гидробензамидом в водной уксусной кислоте [17]. Взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов (2) с а,3-непредельными альдегидами может происходить как по двойной связи, так и по альдегидной группе. Атака по альдегидной группе реализуется в случае тетрацианоэтильных производных циклогексанона и диэтилкетона приводя к соединениям 180 [49].
Взаимодействие тетрацианоэтилена с карбонильными соединениями в присутствии ацетата аммония
Продолжая исследования по изучению влияния условий на реакции между тетрацианоэтиленом и альдегидами, было обнаружено, что в присутствии ацетата аммония, являющегося источником аммиака, формируются замещенные 2-(5-амино-2-алкил-2,3-дигидро-4Я-имидазол-4-илиден)малоно-нитрилы (7а-в) с выходами 36-42%. образование на первой стадии аминотрицианоэтилена (6) и иминопроизводного альдегида 1]3. Известно, что тетрацианоэтилен, имеющий электроннодефицитную двойную связь, легко вступает во взаимодействие с электронообогащенньтми соединениями [11]. Один из таких примеров - это реакция с аминами, приводящая к R-аминотрицианоэтиленам [11,141]. Согласно статьям [11,142] аммиак таких производных не дает, а претерпевает дальнейшие превращения до аммонийной соли 2-[(1,2,2-трициановинил)амино]-1,1,2 этилентрикарбонитрила. Использование в качестве донора аммиака ацетата аммония позволило нам исключить из превращения реакции, обусловленные основными свойствами реагента. Накапливающаяся в реакционной массе уксусная и синильная кислоты, в еще большей мере стабилизируют енаминонитрил 6. На основании этого мы предполагаем, что первой стадией является образование аминоэтилентрикарбонитрила (6). Для доказательства предложенной последовательности превращения нами проведена реакция ТЦЭ с избытком ацетата аммония в среде диоксана. При этом с выходом 94% был получен аминотрицианоэтилен (6). Структура последнего была определена методом РСА (рис.10). Одновременно с получением аминоэтилентрикарбонитрила под действием ацетата аммония, вероятно, происходит превращение альдегидов в имины Ii3, которые в свободном состоянии крайне неустойчивы и легко гндролизуются или и-меризуются, а в условиях проведения синтеза в момент образования взаимодействуют с виниламином (6), что приводит к интермедиату Б. В последнем аминогруппа, по-видимому, внутримолекулярно циклизуется на ближнюю цианогруппу, что приводит к имидазолам (7).
Таким образом, проведение трехкомпонентной реакции в одну синтетическую операцию позволило ввести во взаимодействие малоустойчивые иминопроизводные Ііз с соединением 6. Результатом чего является образование аддуктов 1Ы, которые в результате внутримолекулярной циклизации амминогруппы на нитрильную превращаются в 2-(5-амино-2-алкил-2,3-дигидро-4Я-имидазол-4-илиден)малононитрилы 7а-в. В современной синтетической химии имидазольный цикл формируется на основе реакций гетероциклизации, которым посвящена монография Гриммета [143]. Основным реагентом для синтеза циансодержащих имидазолов является диаминоэтилендикарбонитрил [144-146]. Он применяется в основном в реакциях образования цикла с одновременным формированием связей 1,2 и 2,3. В связи с этим необычным является разработанный нами подход к синтезу цианосодержащих гидрированных аминоимидазолов на основе ранее неизвестного аминоцианоэтилена (6), так как он представляет собой метод в ходе которого формируются 1,2 и 3,4 (или 1,5 и 2,3) связи цикла Интересной особенностью описанных реакций является то, что внутримолекулярная гетероциклизации в интермедиате 1Ы приводит к образованию пятичленного гетероцикла (имидазола), в то время как для енаминонитрильного фрагмента характерно формирование шестичленного цикла (пиримидина) [51,52,139,140]. Таким образом, задействуется карбонитрильная группа С =N находящаяся у того же атома углерода, что и аминогруппа. Такую регио селективность можно объяснить повышением электронной плотности на атомах углерода С4 и С в результате сильного п,;г-сопряжения аминогруппы с двумя цианогруллами у атома С . В тоже время С =N -группа (рис. 12) не принимает участие в таком сопряжении, что обуславливает ее активность по отношению к атакам нуклеофилов.
В ходе изучения данных превращений, «самосборку» 2,3-дигидро-4#-имидазольного кольца удалось осуществить с помощью трех подходов: прямым синтезом из ТЦЭ, альдегида и ацетата аммония (сх.6); синтезом в две синтетические операции с выделением промежуточного аминоэтилена (аналогично сх.8); а также в три синтетические операции (выделение промежуточного аминоэтилентрикарбонирилом 6 и его введение во взаимодействие с заранее синтезированным аминопроизводными альдегидов 8а-г)(сх.7). Для уточнения схемы образования соединений 7а-в была дополнительно изучена возможность вовлечения во взаимодействие с аминотрицианоэтиленом (6) заранее синтезированного иминоальдегида Ii3. Известно, что имины Ii3 неустойчивы и обычно не могут быть выделены в индивидуальном состоянии, поэтому нами были получены их производные - 1,3,5-тризамещенных 2,4-диазапентадиены (8а-в). Найдено, что при взаимодействии соединений (Ша-г) с аминоэтилентрикарбонирилом (I) так же образуются 2-(5-амино-2-алкил-2,3 дигидро-4Я-имидазол-4-илиден)малононитрилы (7а-г). Эта реакция протекает быстрее и с большими выходами (59-63%) по сравнению с методами, представленными на сх. 6. Использование данного типа аминопроизводных альдегидов позволило ввести во взаимодействие с аминоэтилентрикарбонирилом (6) гидробензамид (8г).
Превращения тетрагидроииридинов и их производных в концентрированной азотной кислоте
Исследования превращений тетрагидропиридинов, сопровождающихся гидролизом цианогрупп, было продоллшно в более жестких условиях. При этом обнаружено, что при кратковременном кипячении (5-Ю мин) тетрагидропиридина или его производных в концентрированной азотной кислоте происходит миграция хлора из положения 2 в 3 пиперидинового цикла. При взаимодействии 2-хлор-6-гидрокси-5,5-диалкил-5,6-дигидро 3,4,4(1Я)-пиридинтрикарбонитрилов (4а,в) с азотной кислотой образуются 8а хлор-9,9-диметилдигидро-1#-3,5а-метанопирроло[3,4-е][1,3]диазепин 1,5,6,8(2#)-тетраонам (20а,б) с выходами 65-70%. Проведение аналогичной реакции 3,3-диалкил-2-метокси-6-хлор-4,5-дициано-1,2,3,4-тетрагидро-4 пиридинкарбоксамидами (12а,в) приводят к 7,7-диашшл-б-гидрокси-1,3,4 триоксо-За-хлороктагидро-7аЯ-пирроло[3,4-с]пиридин-7а-карбоксамидам (21а,б) (выход 65-70%). Превращение 3,3-диалкил-2-{[(1 алкилалкилиден)амино]окси}-6-хлор-4,5-дициано-1,2,3,4-тетрагидропиридин-4-карбоксамидов (16а,б) в концентрированной азотной кислоте приводит к 8,8-диалкил-3,6-диоксо-4-хлор-7-окса-2-азабицикло[3,2.1]октан-4,5-дикарбонитрилам (22а,б) (55-65%).
О. дальнейшем осуществляется гидролиз цианогрупп. Он реализуется как серия внутримолекулярных гетероциклизаций. Диоксопиррольный цикл формируется для соединений 20а,б и 21а,б, повидимому, после перехода тетрагидропиридинового цикла в пиперидиновый. В пиперидине 123 экваториальная карбоксамидная группа в положении 4 цикла сближена с цианогруппой у 3 атома цикла и способна взаимодействовать с нею (сх.20,21). Этот процесс возможен в случае наличия экваториальной карбоксамидной группы и не реализуется для производного 16а,в имеющего лишь аксиальную карбоксамидную группу (сх.22). Для тетрагидропиридина (4а,в) этот процесс становится возможным после последовательно внутримолекулярного гидролиза обоих цианогрупп у 4 атома углерода, как это показано на схеме 20. Кроме формирования диоксопиррольной составляющей, аксиальная карбоксамидная группа на последней стадии предложенной схемы образования соединения (20а,б) присоединяется по кратной связи C=N. Для производного 16а,в карбоксамидная группа, вероятно, вначале гидролизуется, а уход [(1 алкилалкилиден)амино]окси группы и образование гидрированного фуранового цикла происходят почти одновременно, исключая гидролиз второй цианогруппы (сх.22). Обнаруженные на примере тетрагидропиридина взаимодействия с нуклеофилами, как мы считаем, идет по схеме включающей раскрытие дигидро-2(ЗЯ)-фураниминной составляющей в интермедиатах їі8. На основании этого мы предположили, что раскрытие подобного фрагмента в 3-алкил-8,8-диалкил-6-имино-2,7-диоксабицикло[3.2.1]октан-4,4,5-трикарбонитрилах (2) должно происходить под действием нуклеофилов. В ходе экспериментальных исследований было обнаружено, что спирты не реагируют с соединениями 2, а в присутствии основных катализаторов происходит образовании смеси не идентифицируемых продуктов.
Из 0-нуклеофилов лишь оксимы оказались способны к региоселективному взаимодействию с диоксабициклами. Взаимодействие 3-алкил-6-имино-8,8-диалкил-2,7-диоксабицикло[3.2.1] октан-4,4,5-трикарбонитрилов (2а,б) с избытком оксима ацетальдегида приводит к образованию 6-[1-(гидроксиламино)этокси]-3-имино-4,7,7-триалкил-1 -оксатетрагидропирано [3,4-с]пиррол-3 а,7а( \Н,4Щ- дикарбонитри-лов(23а-в). Согласно предлагаемой нами схемы электрофильный углерод ацетального фрагмента подвергается атаке нуклеофильной гидроксильной группы оксима, что приводит к интермедиату 124- Далее, по-видимому, происходит образование I2s за счет отшепления ацетонитрила. В пиране 125, как мы считаем, карбоксамидная группа и вошедший заместитель находятся в транс-положение друг относительно друга. А поскольку лишь экваторилалыюе положение карбоксамидной группы обеспечивает ее взаимодействие с вицинальным нитрильным заместителем, что приводит к формированию пиррольного цикла. Переход карбоксамидной группы в экваториальное положение в результате обращения цикла предполагает переход алкильного заместителя цикла в аксиальное положение. Далее гидроксильная группа выступает в качестве нуклеофила, а а-С оксима в качестве электрофильного центра в реакции приводящей к конечному продукту 23.
Процесс образования 23 может протекать и без образования интермедиата (125) с гидроксильной группой, Р как результат одновременного образования нитрила и присоединения оксима. Расположение вводимого заместителя в аксиальном или экваториальном положении нами определено не было, однако на основании данных спектров ]Н ЯМР мы считаем, что образуется лишь один из возможных изомеров. Это показывает протекание превращений под строгим стерическим контролем, что можно соотнести с протеканием реакции по схеме, включающей реализацию бимолекулярного механизма замещения. Для доказательства строения соединений 23а,б были использованы методы ИК, масс, ЯМР !Н спектроскопии (табл. 16). В ИК- спектре соединения 23а,б присутствуют полосы поглощения при 1690 см" C=N связи, при 1725 см"1 С=0 связи карбонильной группы, при 2260 см"1 несопряженных нитрильных групп, и широкая полоса поглощения NH и ОН в области 3300-3400 см"1.
Закономерности превращений сопровождающихся образованием дигидро-2(ЗЯ)-фураниминного фрагмента и его раскрытием
В классическом случае результатом взаимодействия 1,3-диаксиалъных нитрильнои и гидроксильнои групп является формирование бициклической системы В содержащей дигидро-2(ЗЫ)-фураниминную составляющую. Данное направление, как нами было установлено, реализуется в реакциях образования диоксабициклов (2) сх.9 [17,20,119,120], В общем случае, согласно литературе, оно реализуется, если в качестве заместителя X имеется алкилоксигруппа (5а-в), или любая другая, не содержащая подвижного водорода. В случае, если X представляет собой СН-кислотный заместитель [162], гидроксигруппу [18,19,67,68] или аминогруппу (первичную или вторичную) [17] циклизация может и не протекать. Для реализации внутримолекулярного взаимодействия требуются особые условия (наличие полярного растворителя, нуклеофильные реагенты). Примером тому являются полициано-тетрагидропиридины (4), их аналоги [17], а также полицианоциклогексаноны [18]. Причиной отсутствия взаимодействия является снижение нуклеофштьных свойств гидроксилы-юй группы из-за расщепления энергетических уровней, при котором электроны более электроотрицательного кислорода занимают орбитали с более низкой энергией, а электроны заместителя X занимают ВЗМО молекулы. В случае если внутримолекулярное взаимодействие происходит то выделение соединения (В) чрезвычайно осложнено из-за двух причин: во первых, если атом углерода исходного соединения у которого находится гидрокси-группа 1,3-диаксиальной системы содержится заместитель, имеющий в а положении подвижный протон, то выделение циклического продукта невозможно, а соединение стабилизируется в раскрытой форме (G, Н), либо рециклизуется (D). Из этого следует, что соединения типа В представляет собой малоустойчивые соединения, подверженные легкому раскрытию. Вторая причина является следствием первой. Она выражается в раскрытии аминодигидрофуранового цикла В под действием реагентов (нуклеофилов), вызвавших сам процесс циклизации. Вместо классического соединения
В в этом случае может, в зависимости от условий и строения субстрата, образоваться ряд продуктов (D, F, G, Н). Любое из этого ряда соединений есть результат стабилизации интередиата С. При этом образование G и Н представляет собой внутримолекулярный процесс и описано в работе [17]. Образование F описано нами для взаимодействия растворителе и есть результат взаимодействия с нуклеофильньш реагентом. В общем случае можно говорить, что если Х= NHR2 и т.п., то условия образования соединения В практически равны или очень близки к условиям его дальнейшего превращения. В результате этого выделение В представляет собой чрезвычайно сложную, а может быть и невыполнимую задачу. Подводя итог настоящей работе, следует отметить, что проведенное исследование взаимодействия ТЦЭ с альдегидами позволило впервые осуществить синтез ранние недоступных диоксабициклов 2, тетрагидропиридинов 4, циклогексенов 5 и имидазолов 7, Изучение структурных особенностей полученных соединений позволило сформулировать гипотетические требования для протекания взаимодействия между нуклеофилы-юй (гидрокси- или амино-) и цианогруппами. Изучение строения тетрогидропиридинов 4 с использованием квантово-химических расчетов и данных РСА показало, что используя эффект «стерического сжатия» разнополярных групп (нуклеофильной ОН и электрофильной цианогруппы) обуславливающего «1,3-диаксиальное содействие» возможно аномально легко осуществить гидролиз цианогруппы в 5,5-диалкил-2-галогеи-6-гидрокси-5,6-дигидро-1#-пиридин-3,4,4-трикарбонитрилах. С помощью экспериментальных данных это предположение было подтверждено. Результаты изучения взаимодействия диоксобициклов 2 с оксимами и превращений тетрагидропиридинов в концентрирований азотной кислоте открывают новые возможности по модификации полученных соединений. Контроль полноты протекания реакций и чистоты синтезированных соединений проводили методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинках "Silufol UV-254", проявитель - УФ-облучение, пары иода, термическое разложение. ИК спектры снимали на приборе UR-20 в слое вазелинового масла. Спектры ЯМР записывали на спектрометре Вшкег DRX500 с рабочей частотой для ЯМР Н - 500ДЗ МГц, а для ЯМР 13С - 125.76 МГц, растворитель - ДМСО-сІб.
Масс-спектры снимали на приборе Finnigan mat.mcos 50 (электронный удар 70eV). Параметры элементарных ячеек и интенсивности отражений для рентгеноструктурного анализа измеряли на дифрактомерах Enraf-Nonius CAD-4 и Bruker SMART 1000 CCD. Все расчеты проведены на ЭВМ по программе SHELXTL97. Молекулярная графика по программам DIAMOND (Brandenburg 2000) и ORTEP-3 (Farrugia, 1997). Квантово-химические расчеты проводились с помощью Gaussian98 (Frisch, 1998) в B3LYP/6-311G приближении. К раствору 0.64 г (0.005 моль) тетрацианоэтилена в 10 мл 1,4-диоксана добавляли 0.01 моль соответствующего альдегида (la-ж) и одну каплю концентрированного раствора соляной кислоты. После завершения реакции (ТСХ, проба с гидрохиноном) реакционную массу разбавляли водой, выделившийся осадок отфильтровывали, промывали водой. Перекристалл из овывали из 2-пропанола. Выходы, т. пл., время реакции, данные элементного анализа приведены в таблице 18. Данные ИК, !Н ЯМР и масс-спектроскопии приведены в таблице 1.
Похожие диссертации на Взаимодействие альдегидов с тетрацианоэтиленом
