Введение к работе
Актуальность темы. Изучение нитросоединений входит в число фундаментальных проблем современной органической химии. Их яркие представители - сопряженные нитроалкены - вследствие сильного электроноакцептор-ного влияния нитрогруппы и легкости ее трансформации в другие функции, являются весьма реакционноспособными веществами и удобными реагентами для получения различных классов органических соединений.
Введение в молекулы мононитроэтенов второй нитрогруппы повышает электрофильность кратной связи и приводит к образованию качественно новых высокореакционноспособных веществ. Типичные представители соединений этого ряда - га/и-динитростиролы - представляют несомненный интерес как удобные модели для выявления специфики влияния двух нитрогрупп на реакционную способность двойной связи по сравнению с мононитростиролами, а также с их замещенными, содержащими в гем -положении к нитрогруппе другие дополнительные функции (галоген-, ацил- и др.). Синтетический потенциал этих соединений предопределяет возможность их использования в качестве доступных реагентов для целенаправленного конструирования полифункциональных открытоцепных, карбо- и гетероциклических структур, являющихся потенциально биологически активными веществами.
Диссертационное исследование выполнено по плану научно-исследовательской работы кафедры органической химии и проблемной лаборатории нитросоединений РГПУ им. А.И.Герцена в соответствии с заданием Министерства образования РФ по теме "Изучение химии нитроалкенов и их использование в качестве базовых соединений при направленном поиске биологически активных веществ медицинского назначения" (номер государственной регистрации 01.200304244), а также в рамках выполнения Соросовского гранта № А531-03, персонального гранта Администрации Санкт-Петербурга 2002 года № М02-2.5Д-28 и гранта Министерства Образования РФ 2003-2004 года(№А03-2.11-517).
Целью работы является усовершенствование метода синтеза р\|3-ди-нитростиролов, изучение их строения и особенностей химического поведения в реакциях с нуклеофильными реагентами.
Объекты исследования. В соответствии с целью работы в качестве объектов исследования выбраны 2-арил(фенил, «-хлорфенил, и-толил)-1,1-ди-нитроэтены, которые в настоящей работе введены в реакции с нуклеофильными реагентами.
Научная новизна. Модифицирован метод синтеза р\|3-динитростиролов, что позволило повысить их выход с 40 до 50-80%. На основании спектральных данных (ЯМР [Я и ldC, ИК, УФ спектроскопия) и квантово-химических расчетов (метод B3LYP/6-31+G*) установлено, что влияние нитрогрупп на кратную связь в молекулах га/и-динитростиролов неравноценно в связи с выведением одной из них из плоскости С=С-связи на 85-92, т.е. нарушением копланарно-сти молекул.
Впервые систематически исследовано взаимодействие р\|3-динитро-стиролов с серией СН-кислот (малоновый, N-ацетиламиномалоновый эфиры, малонодинитрил, циануксусный эфир, ацетилацетон, 1,3-индандион, 2-фенил-1,3-индандион, дигидрорезорцин и димедон), а также с «электроноизбыточны-ми» азотистыми гетероциклами (пиррол, индол и 2-метилиндол), проявившими себя как типичные С-нуклеофилы; охарактеризовано поведение р\|3-динитро-стиролов в реакциях с представителями S- и N-нуклеофилов. Выявлены основные закономерности этих превращений.
Взаимодействие га/и-динитростиролов с пирролом, индолом и 2-метилиндолом протекает по пути «заместительного присоединения» с образованием ранее не известных пиррол- и индол со держащих динитроэтанов. Реакции с СН-кислотами в зависимости от природы последних приводят к продуктам михаэлевской конденсации (малоновый, ацетиламиномалоновый эфиры, 2-фенил-1,3-индандион, ацетилацетон, 1,3-циклогександионы) или переалкени-лирования (малонодинитрил, циануксусный эфир). На примере взаимодействия га/и-динитростиролов с 1,3-индандионом проиллюстрирована зависимость строения конечных продуктов от природы заместителя в бензольном кольце динитроэтеновой компоненты: взаимодействие простейшего 1,1-динитро-2-фенилэтена с 1,3-индандионом приводит к образованию аддукта Михаэля; присутствие заместителей, проявляющих мезомерный или гиперконъюгационный эффекты (атом хлора или метильная группа в пара-пояож&нии бензольного кольца) усложняет маршрут реагирования, - в этих случаях реализуется «арилметиленовый перенос», приводящий к продуктам переалкенилирования.
Установлено, что линейные продукты присоединения высокоенолизую-щихся (3-дикетонов (ацетилацетон, дигидрорезорцин и димедон) к р\|3-динитро-стиролам под действием основания претерпевают внутримолекулярное О-алкилирование с отщеплением азотистой кислоты и образованием нитросо-держащих дигидрофуранов и гексагидробензофуранов.
Показано, что реакции р\|3-динитростиролов с и-хлортиофенолом - представителем S-нуклеофилов - протекают легко и приводят к аддуктам Михаэля; с ароматическими аминами (анилином, и-толуидином) и пиперидином наблюдается активное взаимодействие, однако идентифицировать продукты реакций не удалось вследствие их нестабильности; взаимодействие с N-нуклеофилом и одновременно 1,3-диполем - азидом натрия - протекает по пути диполярного циклоприсоединения и приводит к нитросодержащим 1,2,3-триазолам.
Комплексно физико-химическими методами (ЯМР !Н, ИК спектроскопия) охарактеризовано строение всех синтезированных соединений; структуры ряда полученных веществ приняты также на основании их идентичности образцам, полученным встречными синтезами по литературным методикам.
Теоретическая значимость. Полученные в работе данные расширяют теоретические представления о взаимосвязи между строением и свойствами 2-арил-1,1-динитроэтенов, наглядно демонстрируя особенности их химического поведения и более высокую реакционную способность во взаимодействии с нуклеофильными реагентами по сравнению с |3-нитростиролами и их гем-фуик-циональнозамещенными производными. Выявленные закономерности позво-
ляют прогнозировать условия и результат реакций р,р-динитростиролов с новыми реагентами, родственными по структуре изученным в настоящей работе.
Практическая значимость. Модифицирован метод синтеза р\|3-ди-нитростиролов, благодаря чему они стали препаративно доступными для использования в лаборатории и промышленности. Полученные соединения могут служить блок-реагентами для синтеза более сложных структур, обладающих практически важными свойствами. В частности, индолил(пирролил)динитро-этаны и эфиры 3-арил-4,4-динитробутановой кислот могут рассматриваться как нитропредшественники замещенных триптамина и ГАМК (пирацетама), соответственно. Производные дигидрофуранов и 1,2,3-триазола являются потенциально биологически активными веществами.
На защиту выносятся:
усовершенствование метода синтеза и характеристика строения 2-арил-1,1-динитроэтенов;
общие закономерности химического поведения га/и-динитростиролов в реакциях с нуклеофильными реагентами;
анализ строения синтезированных групп соединений на основе современных физико-химических методов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на международной конференции «Современные тенденции в органической химии» (Санкт-Петербург, 2004), на международной конференции «Органическая химия от Бутлерова и Белыптейна до современности» (Санкт-Петербург, 2006), а также на ежегодных межвузовских научных семинарах «Герценовские чтения» (РГПУ им. А.И. Герцена, 2003-2006).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 статей в центральных Российских реферируемых журналах и 2 сообщения в виде материалов международных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 165 страниц, состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка литературы (203 источника) и приложения, а также включает 36 рисунков и 29 таблиц.
Похожие диссертации на Z,Z-динитростиролы: синтез и реакционная способность
![Частично гидрированные 2-амино-1,2,4-триазоло[1,5-Z]пиримидины: синтез и реакции с электрофильнами реагентами](/i/i/4333/289082.png "Частично гидрированные 2-амино-1,2,4-триазоло[1,5-Z]пиримидины: синтез и реакции с электрофильнами реагентами Соколов Андрей Николаевич")
