Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по химии  

На правах рукописи

Кажева Ольга Николаевна

СТРУКТУРНЫЕ АСПЕКТЫ НОВЫХ РЕАКЦИЙ

АЦЕТИЛЕНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ

02.00.04 - физическая химия

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Черноголовка - 2011

Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН и Иркутском институте химии им. А.Е.Фаворского СО РАН

Научный консультант:

доктор химических наук, профессор

Дьяченко Олег Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор,

член-корреспондент РАН,

Антипин Михаил Ювенальевич,

Институт элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН, г. Москва

доктор химических наук, профессор,

член-корреспондент РАН,

Анаников Валентин Павлович

Институт органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН, г. Москва

доктор химических наук, профессор

Нефёдов Сергей Евгеньевич

Институт общей и неорганической химии

имени Н.С. Курнакова РАН, г. Москва

Ведущая организация

Научно-исследовательский институт физической и органической химии Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону

Защита состоится "06" июля 2011 года в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 002.082.02 в Институте проблем химической физики РАН по адресу: 142432, Московская обл., г. Черноголовка, просп. ак. Н.Н. Семенова, 1, актовый зал корпуса общего назначения.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института проблем химической физики РАН

Автореферат разослан  Е Е 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор химических наук                                                        Т.С. Джабиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Настоящая работа посвящена исследованию новых реакций ацетилена и его производных, изучению строения продуктов реакций и их вероятных механизмов методом рентгеноструктурного анализа (РСА). Ацетилен является универсальным строительным блоком, широко используемым в современном органическом синтезе. На основе ацетиленов получают практически все типы карбонильных соединений, аминокислоты, производные аренов и азотистых гетероциклов. Получаемые из ацетиленов с помощью современных промышленных технологий соединения находят применение в качестве пестицидов, лекарственных препаратов, красителей и особенно полимерных материалов. В последние годы ацетиленовые соединения становятся незаменимыми для развития биотехнологии, нанотехнологии и молекулярной электроники. Новые горизонты в синтетической химии ацетилена открывает металлокомплексный катализ. 

В этой связи актуально дальнейшее развитие химии ацетилена, основы которой были заложены академиком А.Е.Фаворским и успешно развиваются в наше время школой академика Б.А.Трофимова. Органическая химия находится сейчас на таком этапе, когда структура синтезируемых веществ и методы их получения существенно усложнились. Хотя спектральные методы по-прежнему доминируют при установлении строения новых соединений и выяснении механизма реакций, все в большем количестве случаев они оказываются недостаточными. Вот почему на первый план как наиболее прямой и объективный метод выходит рентгеноструктурный анализ. Он позволяет с высокой точностью определять не только состав исследуемого вещества, но и его тонкие  стереохимические особенности, содействующие лучшему пониманию физико-химических свойств, механизма образования и реакционной способности. Эта информация актуальна в целенаправленном поиске новых материалов с полезными свойствами (кристаллохимическая инженерия).

Данная работа может быть полезна широкому кругу исследователей, в первую очередь, химикам и технологам в решении актуальных проблем тонкого органического синтеза и для разработки новых технологий, основанных на использовании ацетилена и его производных.

Работа относится к приоритетному направлению РАН 5.1. УТеоретическая химия и развитие методологии органического и неорганического синтеза, новые методы физико-химических исследованийФ и выполнена в рамках темы 5.1.6.2. УРазработка методов направленного синтеза новых веществ и материалов (в том числе, наноструктурированных) для критических технологий на основе ацетилена и его производныхФ. 

Цель работы:

Систематическое использование рентгеноструктурного анализа в решении структурных и химических задач, трудно поддающихся традиционным спектральным методам, для развития новых направлений химии ацетилена, связанных с разработкой методик синтеза малодоступных азотистых гетероциклов и их производных.

Научная новизна и практическая значимость.

Впервые методом РСА проведено системное изучение реакций ацетиленовых соединений, определено строение продуктов 50 новых химических реакций с участием ацетилена и его производных. Открыты две принципиально новые реакции: 1) трехкомпонентная реакция между алкиларил(гетарил)кетоксимами, ацетиленом и алифатическими кетонами, приводящая к образованию ранее неизвестных 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов с фрагментами азиридина, 1,3-оксазолидина и винилового эфира и 2) одностадийное получение 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октанов (феромонов насекомых), взаимодействием ациларенов(гетаренов) и ацетилена.

В результате рентгеноструктурного и кристаллохимического изучения продуктов некоторых реакций выявлены и структурно охарактеризованы новые типы гетероциклических соединений, установлены особенности их строения и предложены вероятные механизмы реакций их образования. В их число входят:

- цвиттер-ионные ароматические аминокислоты с аминодигидрофурановым фрагментом, образующиеся при взаимодействии антраниловой кислоты с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами;

- ароматические аминоэфиры с циано- и кетогруппами, образующиеся при этерификации 3- и 4-аминобензойных кислот α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами;

- пиридиниевые бетаины на основе изоникотиновой кислоты, образующиеся при присоединении к последней α,β-ацетиленовых γ-гидроксинитрилов;

- глубоко функционализированные пиразолы, полученные путем регио- и стереспецифичного присоединения тиосемикарбазидов к α,β-ацетиленовым γ-гидроксинитрилам;

- дигидразиды тиоугольной кислоты с ацетиленовыми заместителями, полученные присоединением 4-фенилбут-3-ин-2-она к тиокарбогидразонам ароматических альдегидов и тиокарбогидразиду;

- глубоко функционализированные циклобутенилпирролы, образующиеся из циклоаддуктов дихлордицианхинона и 2-этинилпирролов;

- 1,3-оксазолидинодигидробензимидазолы, легко изомеризующиеся на Al2O3 в производные о-фенилендиамина с иминоаминодигидрофурановым фрагментом.

Предложен новый подход к кросс-сочетанию пирролов с ацетиленами, основанный на селективном присоединении 1-галогенацетиленов к пиррольному ядру. Для полученного этим методом 2-(2-бензоилэтинил)-5-фенилпиррола обнаружены две кристаллические модификации, различающиеся типом Н-связывания молекул в кристаллической решетке. 

Прямым винилированием метил-α-D-глюкопиранозида ацетиленом в суперосновной среде получен 2,3,4,6Цтетра(О-винил)метил-α-D-глюкопиранозид и установлена его структура в кристаллах  и в растворе.

Впервые установлена Z-конфигурация иминогрупп (по отношению к атому кислорода фуранового кольца) в иминодигидрофуранах, образующихся при циклизации гидроксиалкенонитрилов - промежуточных продуктов взаимодействия ацетиленовых гидроксинитрилов с аминами.

Установлена цвиттер-ионная структура и наличие дигидрофуранового фрагмента в новом семействе соединений, образующихся  при взаимодействии аминокислот с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами.

В реакции диоксима 4,4Т-диацетилдифенила с ацетиленом впервые обнаружена способность диоксимов к образованию с ДМСО устойчивых полимерных ассоциатов.

Обнаружена перегруппировка циклоаддуктов DDQ и 2-этинилпирролов, открывающая простой путь к ранее неизвестным глубоко функционализированным циклобутенам, содержащим пиррольные фрагменты.

Впервые синтезированы и исследованы ацетилен-содержащие дигидразоны - перспективные предшественники лекарственных препаратов и лиганды для создания мультиядерных комплексов.

Исследовано семейство новых функциональных красителей - 2-арилазо-1-винилпирролов и намечены пути их возможного практического использования.

Исследована реакция присоединения аминокислот к тройной связи ацилацетиленов, приводящая к N-ацилвинильным производным аминокислот, содержащим высоко активный енаминоновый фрагмент.

Путем региоселективного присоединения к аденину α,β-ацетиленовых γ-гидроксинитрилов синтезированы новые типы 9-замещенных аденина.

Полученные данные имеют практическую значимость при создании соединений с полезными свойствами и функциональным назначением. Проведенные исследования значительно расширяют синтетические возможности в области химии ацетилена, связанные с модифицированием классических реакций ацетилена и получением труднодоступных гетероциклических систем (производных 6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октанов - феромонов насекомых, 3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексана, синтетических аминокислот с фармакофорным дигидрофурановым фрагментом и ряда других).

Автор защищает актуальное научное направление в химии ацетилена, связанное с развитием классических реакций ацетилена и получением на базе ацетиленовых предшественников новых типов полифункциональных гетероатомных соединений, перспективных в качестве строительных блоков для органического синтеза, лигандов и материалов с полезными свойствами; а также основные результаты проведенных рентгеноструктурных и кристаллохимических исследований, предложенные механизмы реакций, и выводы, сделанные на основе выполненных исследований.

ичный вклад автора. Автором сформулирована тема диссертации, определены научные задачи, исследовано кристаллическое и молекулярное строение продуктов новых химических реакций, обсуждены вероятные схемы реакций, проведен анализ литературных данных, сформулированы основные выводы.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации изложены в 24 статьях в рецензируемых отечественных и зарубежных периодических изданиях, рекомендованных ВАК. Кроме того, результаты работы представлены на национальных и международных конференциях (тезисы опубликованы): Международной конференции по органической химии УХимия соединений с кратными углерод-углеродными связямиФ (Санкт-Петербург, 2008), научной конференции Органическая химия для медицины Орхимед-2008 (Черноголовка, 2008), 10-м Симпозиуме журнала Tetrahedron Проблемы органической и биоорганической химии (Париж, 2009), Международной конференции "Основные тенденции развития химии в начале XXI века" (С.-Петербург, 2009), 1-ой Международной конференции "Новые направления в химии гетероциклических соединений" (Кисловодск, 2009), 12-м Европейском симпозиуме по органической реакционной способности (Хайфа, 2009), 12-й Европейской конференции по химии твердого состояния (Мюнстер, 2009), 12-й Объединенной конференции RSC-SCI по гетероциклической химии (Брайтон, 2010), II-й Конференции для молодых ученых УДифракционные методы исследования вещества: от молекул к кристаллам и наноматериаламФ (Черноголовка, 2010), 3-м Европейском химическом конгрессе (Нюрнберг, 2010).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 6 глав, основных результатов и выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 428 страницах машинописного текста, включая 54 таблицы, 125 рисунков, 69 схем и 638 литературных ссылок. Во введении обоснованы актуальность темы и сформулированы цели и задачи диссертационной работы, освещены научная новизна и практическая значимость результатов исследования. В первой главе (литературный обзор) представлены публикации преимущественно последних данных по новым реакциям ацетиленов, а также приведены успехи в модифицировании классических ацетиленовых реакций. В главах 2-5 описываются реакции и обсуждаются полученные результаты. В 6 главе приведена экспериментальная часть. Завершается работа изложением основных результатов и выводов и списком цитируемой литературы.

Исследования выполнены совместно с сотрудниками Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, которые осуществили синтез кристаллов.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность академику Б.А.Трофимову за поддержку темы диссертации и сотрудникам Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского СО РАН - д.х.н. Л.В.Андриянковой, д.х.н. А.М.Васильцову, д.х.н. Т.Е.Глотовой, д.х.н. Н.К.Гусаровой, д.х.н. Л.Б.Кривдину, д.х.н. С.Ф.Малышевой, д.х.н. А.Г.Малькиной, д.х.н. С.А.Медведевой, проф. А.И.Михалевой, д.х.н. Н.А.Недоле, д.х.н. Л.Н.Собениной, д.х.н. Е.Ю.Шмидт, к.х.н. Б.Г.Сухову, к.х.н. О.А.Тарасовой; а также к.х.н. Г.Г.Александрову, к.ф-м.н. Г.В.Шилову, к.ф-м.н. А.Н.Чехлову и всем соавторам за активное сотрудничество. Автор искренне благодарен своему учителю профессору О.А.Дьяченко за постоянное внимание и поддержку.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Новые типы взаимодействий ацетилена с кетоксимами и кетонами

1.1. Реакция ацетилена с кетоксимами в присутствии алифатических кетонов

В работе проведено рентгеноструктурное исследование 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексана 9d (рис. 1) - продукта новой реакции ацетилена с кетоксимами и алифатическими кетонами. Известно, что взаимодействие кетоксимов с ацетиленом в присутствии системы KOH/ДМСО (реакция Трофимова) является общим и простым способом получения пирролов. Ключевые интермедиаты процесса (O-винилоксимы, гидроксипирролины и 3H-пирролы) могут быть выделены и представляют самостоятельный интерес для органического синтеза. Нами обнаружено новое направление этой реакции. Оказалось, что взаимодействие кетоксимов 1-6 с ацетиленом в присутствии алифатических кетонов 7, 8 в обычных условиях пиррольного синтеза приводит к образованию 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов 9a-9g с выходом до 75%. Лишь в отдельных случаях наряду с ними образуются стандартные для этой реакции O-винилоксимы и пирролы (схема 1).

основание = КОН, LiOH/CsF

9a: R1 = R3 = Me, R2 = H (7%)

9b: R1 = R2 = H, R3 = Me (51%)

9c: R1 = R2 = H, R3 = Me (54%)

9d: R1 = R2 = H, R3 = Me (75%)

9e: R1 = R2 = H, R3 = Me (39%)

9f: R1 = R2 = t-Bu, R3 = Me (43%)

9g: R1 = R2 = H, R3 = t-Bu (27%)

Схема 1. Реакция образования 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов 9a-9g

Установление химизма этой реакции и структуры ее продуктов в значительной мере оказалось возможным благодаря РСА, проведенному для азиридина 9d (рис. 1).

 

Рис.1. Молекулярное строение соединения 9d. Некоторые длины связей и валентные углы: N(1)-C(1) 1.474(2) , N(1)-C(5) 1.487(1) , C(1)-C(5) 1.494(2) , C(4)-C(8) 1.316(2) , C(2)-N(1)-C(1) 113.4(1), C(2)-N(1)-C(5) 105.87(9), C(1)-N(1)-C(5) 60.61(7), N(1)-C(1)-C(5) 60.12(7), N(1)-C(5)-C(1) 59.27(7).

Структура 3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанового фрагмента в Кембриджском банке структурных данных (КБСД) представлена единичными случаями (CCDC 613762, 613767, 632968, 168568). Атом N(1) азиридинового цикла в кристалле 9d имеет искаженную тригонально-пирамидальную конфигурацию, выход атома N(1) из плоскости атомов С(1)С(2)С(5) составляет 0.750(1) .

Образование 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов, предположительно, протекает по схеме 2. O-Винилоксим 10, основной интермедиат в реакции Трофимова, подвергается нуклеофильной атаке по атому азота со стороны соседнего карбанионного центра, генерированного супероснованием (азириновый синтез Небера или Хоха-Кемпбелла). Образовавшийся азирин 11 далее атакуется ацетиленовым карбанионом, что ведет к этинилазиридину 12 (азотистый аналог реакции Фаворского). Последний захватывается кетоном (третий компонент) с образованием -аминоспирта 13, который в итоге замыкает 1,3-оксазолидиновый цикл в результате внутримолекулярного нуклеофильного присоединения к этинильной группе.

Схема 2. Вероятный механизм образования 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанов 9a-9g

Соединения 9a-9g являются первыми представителями новой гетероциклической системы с редко встречающейся комбинацией трех фармакофорных и синтетически важных фрагментов: азиридина, 1,3-оксазолидина и винилового эфира.

1.2. Образование 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3,2,1]октанов из ациларенов(гетаренов) и ацетилена

С помощью рентгеноструктурного анализа 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3,2,1]октана  16e  (рис. 2) изучена новая реакция ацетилена с ациларенами(гетаренами). Известно, что кетоны взаимодействуют с ацетиленом в присутствии оснований с образованием ацетиленовых спиртов (реакция Фаворского). Несколько неожиданно было обнаружено, что в реакции  ациларенов(гетаренов) 14a-e с ацетиленом, вместо ожидаемых спиртов 15a-e образуются только 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3,2,1]октаны 16a-e с выходом до 86% (схема 3).

M = K, Cs

16a: R1 = R2 = H (86%)

16b: R1 = R2 = H (15%)

16c: R1 = R2 = H (41%)

16d: R1 = R2 = H (54%)

16e: R1 = R2 = Me (41%)

Схема 3. Сборка 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октанов 16a-e из кетонов 14a-e и ацетилена.

Данное наблюдение интересно тем, что 6,8-диокса-бицикло[3,2,1]октан является структурной основой ряда феромонов и природных веществ, в частности, фронталина, который используется для контроля заражения лесов жуками-лубоедами, однако известные методы синтеза его производных отличаются многостадийностью или требуют труднодоступных исходных материалов.

Строение соединений 16 на примере одного из их представителей (16е) доказано рентгеноструктурным исследованием (рис. 2). Данные 1H и 13C ЯМР спектроскопии свидетельствуют, что во всех случаях образуется исключительно один диастереомер, т.е. синтез протекает с высокой стереоселективностью.

Рис. 2. Молекулярное строение (1R*,2S*,3S*,4R*,5R*)-2,3,4-триметил-7-метилен-1,5-ди(тиофен-2-ил)-6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октана 16e.

Алифатические кетоны также образуют в этой реакции соответствующие 6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октаны, хотя и с невысоким выходом ( ~10%).

Что касается механизма реакции (схема 4), по-видимому, она, начинается с присоединения ацетилена к карбаниону 17 с последующей прототропной изомеризацией аддукта 18 в ,-непредельный кетон 19 (схема 4).  Нуклеофильное присоединение к нему карбаниона 17 дает 1,5-дикетон 20, вступающий в реакцию Фаворского со второй молекулой ацетилена с образованием ацетиленового спирта 21. Две заключительные стадии представляют собой внутримолекулярное нуклеофильное присоединение гидроксильных групп последовательно к карбонильной группе и к тройной связи С≡С: 21 22 16.

Схема 4. Последовательность сборки 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октанов 16.

Обнаруженные превращения существенно расширяют возможности реакции Фаворского, позволяя  синтезировать производные фронталина с широким набором ароматических и гетероароматических заместителей. 

1.3. Специфика диоксима 4,4Т-диацетилдифенила в реакции с ацетиленом

Нас заинтересовало далее, что диоксим 4,4Т-диацетилдифенила (26), в отличие от большинства кетоксимов, содержащих -СН2 или -СН3 группы, практически не реагирует с ацетиленом при 100-150оС в среде КОН-ДМСО, причем даже в автоклаве (давление до 35 атм.). Вместо ожидаемых О-винилоксимов и пирролов в лучшем случае можно выделить лишь небольшое количество монооксима.

Рентгеноструктурный анализ диоксима 26 в сочетании с ИК и ЯМР 1Н и 13С спектрами проливает свет на причины этой аномалии. Как видно из рис. 3, выращенный из раствора ДМСО монокристалл диоксима 26 представляет собой Н-связанный полимер c чередующимися молекулами диоксима 26 и ДМСО. В образовании бифуркационных водородных связей участвуют сульфоксидный атом кислорода и обе оксимные ОН-группы. Расстояния О(1)ЕО(3) 2.699(9) и О(2)ЕО(3) 2.727(9) укорочены по сравнению с ван-дер-ваальсовыми контактами ОЕО 3.04 , что характерно для особо прочных межмолекулярных водородных связей O-HЕO типа. Расстояния O(3)ЕH(1) и O(3)ЕH(2) составляют 1.89 и 1.98 , углы O(1)-H(1)ЕO(3) и O(2)-H(2)ЕO(3) равны 169 и 151, соответственно. Кроме того, РСА выявил уплощение дифенильного фрагмента диоксима 26 (двугранный угол равен 6.0) в сравнении с самим дифенилом (42-44), что может способствовать сквозному сопряжению между оксимными функциями и упрочнению образующегося полимерного ассоциата.

               

Рис. 3. Молекулярная и кристаллическая структура диоксима 26.

Согласно ИК спектрам, диоксим 26 ассоциирован и в разбавленных растворах (4⋅10-4 моль/л, ССl4), где проявляются полосы валентных колебаний ассоциированных ОН групп при 3133, 3212 и 3291 см-1.

Исходя из этого, мы полагаем, что инертность диоксима 4,4Т-диацетилдифенила в реакции Трофимова, вероятно, связана с образованием трудно разрушаемых ассоциатов с молекулами ДМСО.

II. Взаимодействие ацетиленовых соединений с N-, O- и S-нуклеофилами.

2.1. Винилирование углеводов

Избирательная функционализация углеводов с участием ОН-групп - один из распространенных методов современного асимметрического синтеза. В этом плане виниловые эфиры такого доступного соединения как D-глюкоза особенно привлекательны в силу разнообразной реакционной способности винилоксигруппы. К началу нашей работы имелось очень мало структурных данных о моносахаридах, содержащих несколько винилоксигрупп. С целью восполнить этот пробел было проведено рентгеноструктурное исследование 2,3,4,6Цтетра(О-винил)метил-α-D-глюкопиранозида 29, который получен винилированием метил-α-D-глюкопиранозида 28 ацетиленом в суперосновной среде (схема 5).

Схема 5. Прямое винилирование метил-α-D-глюкопиранозида.

В твердом виде молекула 29 имеет конформацию кресла (рис. 4). Значения экзоциклических торсионных углов С=С-О-С составляют 171.6(7), -178.3(6), -168.8(5) и 0.44(9) в позициях 2, 3, 4 и 6, соответственно. Таким образом, в твердом состоянии для винильных групп при атомах С2, С3 и С4 предпочтительна s-транс-конформация, в то время как для С6-винильной группы  - s-цис-.

               

Рис. 4. Молекулярная структура 2,3,4,6Цтетра(О-винил)-метил-α-D-глюкопиранозида 29.

Спектры ЯМР также соответствуют структуре 29. Измерение констант ССВ 13С-13С, проведенное методом INADEQUATE, позволило определить их предпочтительные вращательные конформации в растворе. Из этих данных следует, что  стереохимическое строение соединения 29, в кристаллической фазе и в растворе примерно одинаково.

       2.2. Присоединение аминов к ,-ацетиленовым -гидроксинитрилам

α,β-Ацетиленовые гидроксинитрилы являются полифункциональными соединениями с большими синтетическими возможностями. Ранее Трофимовым и сотр. было исследовано присоединение к ним широкого круга азотсодержащих нуклеофилов (аммиака, алкиламинов, азид-аниона, NH-азолов), в результате чего разработаны общие методы синтеза 4-амино-2-иминодигидрофуранов и аминоалкенонитрилов, а также их азольных аналогов.

В настоящей работе впервые проведена аналогичная реакция с ариламинами, такими как анилин, метиланилин и 2-нафтиламин. Найдено, что в этом случае иминогруппа первоначально образующегося моно(иминодигидрофурана) 31 успешно конкурирует с аминогруппой анилина за тройную связь цианоацетилена 30. Это приводит к образованию алкенонитрила 32, который циклизуется в 4-анилино-2,5-дигидро-5,5-диметил-2-(2,5-дигидро-5,5-диметил-2-имино-4-фурил)иминофуран 33 (схема 6).

Схема 6. Реакция ацетиленовых гидроксинитрилов с анилином.

Строение соединения 33 подтверждено данными рентгеноструктурного исследования, показавшими  Z-конфигурацию иминогрупп по отношению к гетероатому кислорода в иминодигидрофурановом фрагменте (структура 34a, рис. 5). Причиной ее реализации может быть как наличие в кристаллической структуре межмолекулярных Н-связей N(1)-H(1)ЕN(3) с параметрами: N(1)ЕN(3) 2.869(4) , H(1)ЕN(3) 1.99(2) , ∠ N(1)-H(1)ЕN(3) 167(2) (рис. 5б), так и репульсивное взаимодействие неподеленных электронных пар атомов кислорода и азота в форме 34b. Эти данные могут быть полезными для понимания стереонаправленности нуклеофильной атаки гидроксила в соединении 32 на нитрильную группу.

а)                                                        б)

Рис. 5. Молекулярная и кристаллическая структура 4-анилино-2,5-дигидро-5,5-диметил-2-(2,5-дигидро-5,5-диметил-2-имино-4-фурил)иминофурана 33.

Бис(иминодигидрофуран) 33 обладает интенсивной флуоресценцией со стоксовым сдвигом (119 нм, метанол, 5⋅10-5 моль/л). 

2.3. Реакции аминобензойных кислот с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами

2-, 3- и 4-Аминобензойные кислоты широко используются для синтеза фармацевтических продуктов, красителей, душистых веществ и люминофоров. С учетом этого обстоятельства исследовано их взаимодействие с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами 30, 36. 

По данным рентгеноструктурного исследования продуктов реакций установлено, что в указанных реакциях антраниловая кислота, с одной стороны, и 3- и 4-аминобензойные кислоты, с другой, задействуют разные центры. Так, антраниловая кислота 35 реагирует с ацетиленами 30, 36 исключительно по аминогруппе, образуя дигидрофурановые соединения 38, 39 с выходами 73-74% (схема 7, рис. 6).

30, 38 R1 = R2 = Me

36, 39 R1 = Me, R2 = Et

Схема 7. Взаимодействие антраниловой кислоты с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами. 

Проведенный РСА также выявил цвиттер-ионный характер аминокислоты 38 (рис. 6). Это следует из отсутствия связи O-H в карбоксильном фрагменте, эквивалентности в нем атомов кислорода и практически равноценных связей  N-H в группе =N+H2. Как и следовало ожидать, положительный заряд перераспределен между азотами N(1) и N(8). В молекуле реализуется внутримолекулярная водородная связь N(8)-Н(8)ЕО(2) с параметрами: O(2)ЕN(8) 2.558(2) , O(2)ЕH(8) 1.69(2) , N(8)-H(8) 0.96(2) , ∠ N(8)-Н(8)ЕО(2) 148(2).

                       

                               38                                        43

Рис. 6. Молекулярное строение аминокислот 38 и 43. Некоторые длины связей для 38: O(1)-C(1) 1.231(2) , O(2)-C(1) 1.271(3) , O(12)-C(11) 1.339(2) , O(12)-C(13) 1.458(2) , N(1)-C(11) 1.294(3) , N(1)-H(1A) 0.95(3) , N(1)-H(1B) 1.03(3) , N(8)-C(9) 1.341(2) , N(8)-C(7) 1.404(3) , C(9)-C(10) 1.352(3) , C(9)-C(13) 1.512(3) , C(10)-C(11) 1.401(3) ; для 43: O(9)-C(8) 1.215(2) , O(10)-C(8) 1.345(2) , O(10)-C(11) 1.459(2) , O(16)-C(12) 1.198(2) .

Указанные особенности обеспечивают почти планарную структуру бетаина 38. В сочетании с его высокой полярностью и поляризуемостью это предполагает для соединений 38 и 39 высокий отклик к физическим и химическим изменениям среды, что перспективно для дизайна оптоэлектронных материалов и сенсоров.

В отличие от антраниловой кислоты, 3- и 4-аминобензойные кислоты реагируют с ацетиленами 30, 36, 37 исключительно по карбоксильной группе с образованием сложных эфиров 42-45 (схема 8). При этом РСА соединения 43 выявил гидратацию тройной связи и кетоструктуру О-заместителя в сложноэфирной группе (рис. 6).

37: R1 - R2 = (CH2)5

40: 3-NH2C6H4COOH

41: 4-NH2C6H4COOH

42: R1 = R2 = Me (75%)

43: R1 = R2 = Me (83%)

44: R1 = Me, R2 = Et (93%)

45: R1 - R2 = (CH2)5 (14%)

Схема 8. Взаимодействие 3- и 4-аминобензойных кислот с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами. 

Неспособность антраниловой кислоты к образованию эфиров подобных 42-45 можно объяснить наличием в ее молекуле внутримолекулярной водородной связи между амино- и карбонильной группами.

2.4. Присоединение аминокислот алифатического ряда к α,β-ацетиленовым γ-гидроксинитрилам

Полезная информация получена при исследовании методом РСА продуктов взаимодействия ряда алифатических аминокислот, таких как глицин 46, β-аланин 47, γ-аминомасляная 48 и ε-аминокапроновая 49 кислоты, а также d,l-валин 50 и d,l-лейцин 51 с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами 30, 36, 37, 52. Реакции проводились при комнатной температуре при рН ~ 9. На примере соединения 56a (рис. 7) показано, что названные аминокислоты, аналогично антраниловой кислоте, образуют цвиттер-ионные аминодигидрофураны 56 (выход 61-98%).

Слабощелочная среда способствует тому, что аминокислоты находятся в смеси в депротонированной форме, в которой аминогруппа может проявлять нуклеофильный характер, присоединяясь к тройной связи стандартным для α,β-ненасыщенных соединений способом, т.е. вопреки правилу Марковникова. Вслед за этим аддукты 53 циклизуются в дигидрофураны, причем и в этом случае реакция, вероятно, катализируется основанием (схема 9). Двойное протонирование дианиона 55 дает цвиттер-ион 56.                                       

46: R1 = CH2                                        56d: R1 = CH2, R2 - R3 = (CH2)5 (79%)

47: R1 = (CH2)2                                56e: R1 = (CH2)2, R2 = R3 = Me (61%)

48: R1 = (CH2)3                                56f: R1 = (CH2)2, R2 = Me, R3 = Et (84%)

49: R1 = (CH2)5                                56g: R1 = (CH2)2, R2 - R3 = (CH2)5 (87%)

50: R1 = CH(CHMe2)                                56h: R1 = (CH2)3, R2 = R3 = Me (69%)

51: R1 = CH(CH2CHMe2)                        56i: R1 = (CH2)3, R2 = Me, R3 = Et (93%)

52: R2 - R3 = (CH2)4                                56k: R1 = (CH2)3, R2 - R3 = (CH2)5 (72%)

56a: R1 = CH2, R2 = R3 = Me (98%)                56l: R1 = (CH2)5, R2 = R3 = Me (98%)

56b: R1 = CH2, R2 = Me, R3 = Et (87%)        56m: R1 = CH(CHMe2), R2 = R3 = Me (98%)

56c: R1 = CH2, R2 - R3 = (CH2)4 (82%)        56n: R1 = CH(CH2CHMe2), R2 = R3 = Me (95%)

             

Схема 9. Взаимодействие ацетиленовых спиртов с алифатическими аминокислотами.

               

Рис. 7. Молекулярная структура соединения 56а. Некоторые длины связей: O(10)-C(9) 1.256(1) , O(11)-C(9) 1.235(1) , N(6)-C(5) 1.304(2) , N(6)-H(6A) 0.93(2) , N(6)-H(6B) 0.91(2) , N(7)-C(3) 1.318(2) , N(7)-C(8) 1.452(2) , N(7)-H(7) 0.86(2) .

В молекуле 56а длины связей C(9)-O(10) и C(9)-O(11) существенно выравниваются, а протон локализован на атоме N(6), что свидетельствует о цвиттер-ионной структуре (рис. 7).

Полученные данные открывают возможности для изучения нового типа синтетических аминокислот, содержащих фармакофорную иминодигидрофурановую группировку.

2.5. Присоединение изоникотиновой кислоты к α,β-ацетиленовым γ-гидроксинитрилам

Недавно Трофимовым с сотр. было показано, что ацетиленовые гидроксинитрилы легко реагируют с азинами, такими как пиридины, хинолины, хиноксалины, фенантридины, образуя в результате двухстадийного процесса азинооксазолы. По-видимому, вначале пиридиновый атом азота присоединяется к электронодефицитному -углеродному атому ацетиленовой связи, образуя бетаин 58, вслед за чем гидроксильная группа внутримолекулярно атакует -углеродный атом азинового кольца. Предполагалось, что подобное развитие событий будет характерно и для изоникотиновой кислоты (схема 10).

Схема 10. Взаимодействие  изоникотиновой кислоты с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами.

Однако с помощью рентгеноструктурного исследования (рис. 8) выяснилось, что реакция в этом случае протекает с образованием бетаинов 59а-с (с выходами 45-90%), но не оксазолов 61 (схема 10).

               

Рис. 8. Молекулярная структура 1-[(Z)-2-циано-1-(1-гидрокси-1-метилэтил)этенил]пиридиний-4-карбоксилата 59а. Некоторые длины связей: O(2)-C(1) 1.256(2) , O(3)-C(1) 1.236(2) , N(5)-C(4) 1.349(2) , N(5)-C(6) 1.344(2) , N(5)-C(8) 1.463(2) , ∑ углов N(5) = 359.9(1).

Очевидно, решающую роль в образовании оксазолидинового ядра играет карбанионный центр в цвиттер-ионе типа 58. Акцептируя протон ОН группы, он увеличивает нуклеофильность кислорода, делая возможной циклизацию. В случае же изоникотиновой кислоты переход 586061 не реализуется, так как карбанионный центр протонируется не спиртовой группой, а более кислой карбоксильной, из-за чего процесс останавливается на стадии образования пиридинийкарбоксилата 59.

2.6. Присоединение аденина к α,β-ацетиленовым γ-гидроксинитрилам

С целью выявления активных центров реакции проведено рентгеноструктурное исследование продукта прямого присоединения аденина с α,β-ацетиленовым γ-гидроксинитрилам. Известно, что ациклические аналоги нуклеозидов, в том числе на основе аденина (адефовир, тенофовир), широко используются в качестве противовирусных агентов и в противораковой терапии.

Было обнаружено, что присоединение аденина к α,β-ацетиленовым γ-гидроксинитрилам 30, 36, 37, 52 протекает быстро и почти количественно при комнатной температуре в системе ДМФ - K2CO3 (схема 11). Как показало рентгеноструктурное исследование продукта 63а (рис. 9), реакция протекает с высокой региоселективностью по атому N-9 молекулы аденина. Эти данные хорошо согласуются с данными мультиядерной спектроскопии 1H, 13C, 15N и 2D (NOESY, HMBC, HSQC) ЯМР, ИК, УФ и масс-спектрами аддуктов 63a-d.

63a: R1 = R2 = Me (98%)

63b: R1 = Me, R2 = Et (95%)

63c: R1 - R2 = (CH2)4 (97%)

63d: R1 - R2 = (CH2)5 (96%)

Схема 11. Реакция аденина с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами.

               

Рис 9. Молекулярная структура 63a.

Разработанный подход может быть использован для направленного синтеза пуриновых оснований с полифункциональными заместителями в положении 9.

2.7. Реакция тиосемикарбазида с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами

При изучении взаимодействия  α,β-ацетиленовых γ-гидроксинитрилов 30, 36, 37, 52 с тиосемикарбазидом предполагалось, что последний будет присоединяться к ацетиленовой связи за счет атома серы, что приведет к образованию дигидрофуранов 65 (схема 12). Однако, как показал РСА одного из полученных веществ (64d), присоединение протекает по аминогруппе и в конечном итоге ведет к замыканию пиразольного кольца (рис. 10). Близость ЯМР, ИК и УФ спектров пиразола 64d и его аналогов 64а-с позволила распространить этот вывод на всю группу соединений 64.

64a: R1 = R2 = Me (91%)

64b: R1 = Me, R2 = Et (73%)

64c: R1 - R2 = (CH2)4 (53%)

64d: R1 - R2 = (CH2)5 (68%)

Схема 12. Синтез пиразолов 64

       

Рис. 10. Молекулярная структура соединения 64d.

Интересно, что аминопиразолкарботиоамидный фрагмент молекулы 64d имеет уплощенное строение: угол между плоскостями пиразольного цикла и фрагмента SC(7)N(8) равен 168.2, сумма валентных углов при атоме N(1) составляет 359.5(2).

Следует подчеркнуть, что пиразолы с таким набором функциональных групп (амино, -гидроксиалкильная и тиоамидная) ранее структурно не исследовались.

2.8. Реакции α,β-ацетиленовых γ-гидроксинитрилов с бензимидазолами

Неожиданными оказались результаты рентгеноструктурного исследования продуктов реакции 1-замещенных бензимидазолов с α,β-ацетиленовыми нитрилами. В плане синтеза интерес представляют практически неизвестные производные бензимидазола с конденсированным оксазолидиновым кольцом. С этой целью была изучена реакция 1-замещенных бензимидазолов 68a-d с α,β-ацетиленовыми нитрилами 30 и 37, которая приводит к образованию оксазолидино[1,2-a]бензимидазолинов 71a-f с выходами в пределах от умеренных до высоких (схема 13). Механизм реакции, по-видимому, аналогичен взаимодействию α,β-ацетиленовых нитрилов с азинами, т.е. включает образование цвиттер-иона 69, его изомеризацию в алкоголят 70 и циклизацию последнего.

При попытке очистить соединения 71 с помощью колоночной хроматографии на нейтральном Al2O3 (элюент - хлороформ/бензол/этанол, 20:4:1) мы неожиданно наблюдали весьма сложную трансформацию, сопровождающуюся раскрытием имидазолинового цикла, замыканием фуранового и образованием в конечном итоге производных о-фенилендиамина 75a-f (схема 13). Доказательством этому послужили данные рентгеноструктурного исследования продуктов перегруппировки 75b и 75d (рис. 11). Предположительно, перегруппировка инициируется гидролитическим расщеплением оксазолидинового кольца и далее развивается, как показано на схеме 13. Интересно, что подобные циклоаддукты с азинами в тех же условиях вполне устойчивы. Найдено, что переход от 68 к 75 можно осуществить и в один прием, а именно, путем медленного пропускания эквимолярных смесей бензимидазолов 68 с ацетиленами 30, 37 через колонку с Al2O3 (20-25 оС, 5-72 ч).

 

68a: R1 = Me

68b: R1 = Et

68c: R1 = CH2=CH        

68d: R1 = CH2CH=CH2

       

71a: R1 = R2 = R3 = Me (98%)

71b: R1 = Et, R2 = R3 = Me (88%)

71c: R1 = Et, R2 - R3 = (CH2)5 (63%)

71d: R1 = CH=CH2, R2 = R3 = Me (45%)

71e: R1 = CH=CH2, R2 - R3 = (CH2)5 (30%)

71f: R1 = CH2=CH-CH2, R2 = R3 = Me (88%)

75a: R1 = R2 = R3 = Me (71%)

75b: R1 = Et, R2 = R3 = Me (85%)

75c: R1 = Et, R2 - R3 = (CH2)5 (69%)

75d: R1 = CH=CH2, R2 = R3 = Me (44%)

75e: R1 = CH=CH2, R2 - R3 = (CH2)5 (35%)

75f: R1 = CH2CH=CH2, R2 = R3 = Me (83%)

Схема 13. Образование и трансформация оксазолидинобензимидазолинов.

По данным РСА установлено, что в твердом состоянии амиды 75b и 75d существуют в син-конформации (рис. 11). Соединения изоструктурны, несмотря на отличие углов вращения заместителя R1 относительно связи N(7)-C(16): торсионный угол C(7)N(7)C(16)C(17) в 75b составляет -94.0(3), в 75d 4.7(4).

               

75b                                        75d

Рис. 11. Молекулярная структура амидов 75b и 75d.

2.9. Реакции с участием 4-фенилбут-3-ин-2-она

4-Фенилбут-3-ин-2-он 76 - близкий аналог рассмотренных выше α,β-ацетиленовых γ-гидроксинитрилов. Оба типа соединений являются бифункциональными электрофилами, однако 4-фенилбут-3-ин-2-он не содержит спиртового гидроксила. Это давало основания ожидать, что взаимодействие кетона 76  с нуклеофилами будет протекать несколько иначе.

2.9.1. Присоединение тиокарбогидразонов ароматических альдегидов

С помощью РСА и спектральных исследований показано, что в некоторых случаях активированная тройная связь в ацетиленах не участвует в реакциях с нуклеофилами. Так, взаимодействие 4-фенилбут-3-ин-2-она 76 с тиокарбогидразонами ароматических альдегидов 77а-d затрагивает только карбонильную группу и приводит к образованию соединений 78a-d в качестве единственного продукта (выходы 78-82%) (схема 14). По данным РСА тиокарбогидразон 78а имеет (Z-s-транс), (E-s-цис)-конформацию (рис. 12). Согласно спектральным данным аддукты 78a-d имеют одно и то же пространственное строение, как в кристаллическом состоянии, так и в растворе.

77a, 78a: R = C6H5

77b, 78b: R = 4-Me2NC6H4

77c, 78c: R = 4-ClC6H4

77d, 78d: R = 4-O2NC6H4

Схема 14. Взаимодействие тиокарбогидразонов с 4-фенилбут-3-ин-2-оном.

       

а)                                                                б)

Рис. 12. Молекулярная и кристаллическая структура дигидразона 78а.

Найдено, что аналогичным образом протекает взаимодействие кетона 76 с тиокарбогидразидом, причем с двумя эквивалентами кетона образуется дигидразон 79 (выход 92%) (схема 15). Его структура как (Z-s-транс), (Z-s-цис)-конформера (рис. 13) была установлена РСА в сочетании с комплексным анализом ИК-спектров и двумерных гомо- и гетероядерных корреляционных спектров ЯМР 1H, 13C и 15N. Полученные экспериментальные данные указывают на одинаковое строение 79 в растворе и твердом виде.

Схема 15. Взаимодействие 4-фенилбут-3-ин-2-она с тиокарбогидразидом.

а)                                                                б)

Рис. 13. Молекулярная и кристаллическая структура бис(1-метил-3-фенил-2-пропинилиден)]дигидразида тиоугольной кислоты 79.

По данным РСА дигидразоны 78а и 79 сильно уплощены и стабилизированы внутримолекулярными водородными связями N-HЕN и ВВС редкого типа N-HЕСsp. Для соединения 78а параметры ВВС составляют: N(1)...N(3) 2.624(2) , H(1)...N(3) 2.23(2) , N(1)...C(3) 2.704(2) , H(1)...C(3) 2.37(2) , в то время как в случае дигидразида 79 параметры ВВС равны: N(1)...N(3) 2.613(8) , H(1)...N(3) 2.14(5) , N(1)...C(3) 2.629(8) , H(1)...C(3) 2.33(5) . Близкое к плоскому строение дигидразидов 78а и 79 реализуется в формировании ими стопочных кристаллических структур (рис. 12б, 13б).

По данным КБСД структура дигидразонов с ацетиленовой связью исследована в настоящей  работе впервые.

2.9.2. Рециклизация 3-анилино-5-фенилимино-1,2,4-дитиазола под действием 4-фенилбут-3-ин-2-она и родственных кетонов

Одна из самых ярких и специфических особенностей гетероциклических соединений - их склонность к реакциям рециклизации. Как правило, они протекают по сложному и многостадийному пути, включающему присоединение нуклеофила (реже - электрофила), раскрытие цикла в аддукте и повторное замыкание кольца в ациклическом интермедиате, но уже с образованием иного гетероцикла. Нередко структура образующегося при этом продукта настолько отличается от исходного вещества, что рентгеноструктурный метод становится по-существу единственным надежным способом установления структуры.

В полной мере это проявилось в исследованной нами рециклизации 3-анилино-5-фенилимино-1,2,4-дитиазола 80 под действием 4-фенилбут-3-ин-2-онов (схема 16). Она приводит к образованию производных тиазола 83a-c в качестве основных продуктов (выходы 57-60%). Рециклизация, по-видимому, инициируется 1,3-биполярным циклоприсоединением к ацетиленовой связи, при этом экзоциклический иминный азот формально ведет себя как нуклеофил, тогда как гетероатом серы играет роль электрофила. Синхронное смещение электронов по всей системе промежуточного циклического комплекса 82 сопровождается замыканием 1,3-тиазольного кольца, а разрыв связи S-S обеспечивает формирование фрагмента тиомочевины.

83a: R = Me

81a, 83b: R = Ph

81b, 83c: R = тиофен

Схема 16. Рециклизация  1,2,4-дитиазола 80 в производные тиазола 83 под действием 4-фенилбут-3-ин-2-онов. 

Структура тиазолов 83a-c была установлена на основании РСА монокристалла соединения 83b (рис. 14). Фрагмент 2-тиоуреидотиазолидена практически плоский: максимальный выход неводородных атомов из усредненной плоскости N(2)C(6)S(2)N(1)C(2)S(1)C(5)C(4)N(3)C(25)O(1) не превышает 0.23 (атом О(1)).

               

Рис. 14. Молекулярное строение тиазола 83b.

Мы полагаем, что описанное превращение представляет интерес в качестве общего подхода к синтезу производных 2-тиоуреидотиазолов - перспективных прекурсоров лекарственных препаратов и полидентатных лигандов для металлокомплексов.

2.9.3. Присоединение аминокислот к ацилацетиленам

Весьма перспективным направлением в химии аминокислот является синтез их енаминоновых производных. Енаминоны - универсальные синтоны, широко используемые для формирования углерод-углеродного скелета, в частности, при получении гетероциклов. Кроме того, они привлекают интерес в качестве бидентатных лигандов. Логично ожидать, что объединение в одной молекуле аминокислотного и енаминонового фрагментов позволит значительно расширить область применения аминокислот, например, как строительных блоков для органической и медицинской химии.

Оказалось, что обработка глицина 46, β-аланина 47, γ-аминомасляной 48 и ε-аминокапроновой 49 кислоты, d,l-валина 50, d,l-лейцина 51, а также антраниловой кислоты 35 1-ацил-2-фенилацетиленами 81a,b в присутствии NaOH (ср. с разделом 2.4) в системе H2O-EtOH (45-50 C, 4 ч) после подкисления смеси дает искомые енаминоны 84a-p с выходом 87-94% (схема 17).

84a: R1 = CH2, R2 = Ph (92%)

84b: R1 = CH2, R2 = (91%)

84c: R1 = (CH2)2, R2 = Ph (92%)

84d: R1 = (CH2)2, R2 = (90%)

84e: R1 = (CH2)3, R2 = Ph (93%)

84f: R1 = (CH2)3, R2 = (94%)

84g: R1 = (CH2)5, R2 = Ph (89%)

84h: R1 = (CH2)5, R2 = (90%)

84i: R1 = (Me2CH)CH, R2 = Ph (93%)

84k: R1 = (Me2CH)CH, R2 = (94%)

84l: R1 = (Me2CH)CH2CH, R2 = Ph (92%)

84m:  R1 = (Me2CH)CH2CH, R2 = (90%)

84n: R1 = , R2 = Ph (87%)

84p: R1 = , R2 = (87%)

Схема 17. Синтез производных аминокислот 84a-p

Соединения 84a-p теоретически могут существовать в трех таутомерных формах - кетоенаминной (HN-C=CH-C=O), иминокетонной (-N=C-CH2-C=O) и иминоенольной (-N=C-CH=C-OH). Для решения вопроса, какая из них предпочтительнее, недостаточно спектральных исследований. Поэтому был проведен РСА енаминона 84m, который показал, что в твердом виде реализуется кетоенаминная форма с Z-конфигурацией енаминонового фрагмента, стабилизированной внутримолекулярной водородной связью N(9)-H(9)ЕO(1) (рис. 15). Расстояния O(1)ЕH(9) и O(1)ЕN(9) равны соответственно 2.12(3) и 2.755(3) , ∠ N(9)-H(9)ЕO(1) составляет 133(2).

Центральный участок молекулы O(1)C(6)C(7)C(8)N(9) практически плоский, сравнение длин связей в нем с длинами стандартной двойной (1.34 ) и одинарной (1.54 ) связей свидетельствует о существенной делокализации электронов в хелатированной системе O=C-C=C-NH

       

Рис. 15. Молекулярная структура соединения 84m. Некоторые длины связей: O(1)-C(6) 1.265(3) , C(6)-C(7) 1.418(3) , C(7)-C(8) 1.377(3) , C(8)-N(9) 1.333(3) , N(9)-H(9) 0.83(3) , торсионные углы: O(1)C(6)C(7)C(8) 9.2(4), C(6)C(7)C(8)N(9) -6.8(4)

Спектральные характеристики соединений 84, как в кристалле (ИК), так и в растворе (ИК, ЯМР) очень близки, что свидетельствует о сходстве их строения.

III. Реакции с участием пиррольных соединений

3.1. Прямое этинилирование пиррольного ядра

В связи с широким распространением в природе и большой практической значимостью пирролов методы их получения и функционализации постоянно совершенствуются. Так, в последние годы повышенное внимание привлекают этинилпирролы, однако прямое введение этинильных групп по методу Соногашира имеет свои ограничения, вызванные, в частности, -избыточностью кольца и необходимостью защищать NH-группу. Недавно (B. A. Trofimov, et al., Tetrahed.Lett., 2004, 34, 6513) был найден принципиально новый подход к кросс-сочетанию в данном ряду, основанный на взаимодействии негалогенированных пирролов с весьма доступными галогенацетиленами. Реакция протекает на поверхности Al2O3 при комнатной температуре и не требует применения дорогостоящих Pd-катализаторов, а также основания и растворителя. Типичным примером может служить получение кетона 88 (с выходом 69%) из 2-фенилпиррола 85 и 1-бензоил-2-бромацетилена 86 (схема 18). Процесс, по-видимому, протекает как нуклеофильное присоединение пиррола к активированной тройной связи с последующим элиминированием молекулы HBr из промежуточного алкена 87.

Схема 18. Этинилирование  2-фенилпиррола 1-бензоил-2-бромацетиленом.

       

Исследуя продукт этой реакции, мы обнаружили, что он кристаллизуется в двух полиморфных формах: в виде призм и игл, плавящихся соответственно при 173-174 и 192-194C. РСА показал, что в призмах карбонильный кислород и протон N-H оказываются по одну сторону от тройной связи (s-цис-конформация 88a), тогда как в иглах - по разные стороны (s-транс-форма 88b) (B. A. Trofimov, et al., Mendeleev Commun., 6, 2005, 229) (рис. 16 и 17, схема 18). Для 88a, торсионный угол между плоскостями пиррола и 5-фенила составляет ~ 12o, а угол между бензольными плоскостями ~ 11o, в то время как в конформере 88b эти параметры соответствуют более плоской структуре (~7o и 0o, соответственно).

Рис. 16. s-Цис форма этинилпиррола 88a и фрагмент его кристаллической структуры. Некоторые длины связей: C(8)-O(1) 1.215(2) , C(7)-C(8) 1.435(2) , C(6)-C(7) 1.195(2) , C(5)-C(6) 1.409(2) ; валентные углы: C(5)-C(6)-C(7) 175.6(1), C(6)-C(7)-C(8) 178.4(1), C(7)-C(8)-C(9) 117.4(1), C(7)-C(8)-O(1) 121.1(1).

В кристаллической структуре 88a обнаружены короткие межмолекулярные взаимодействия N(1)-H(1)ЕO(1), приводящие к образованию димерных ассоциатов (рис. 16). Длины связей N(1)-H(1), N(1)-О(1) и H(1)ЕO(1) равны соответственно 0.92(1) , 2.896(2) и 1.98(2) , угол N(1)-H(1)ЕO(1) равен 172(1).

Рис. 17. s-Транс форма этинилпиррола 88b и фрагмент его кристаллической структуры. Некоторые длины связей: C(7)-O(1) 1.230(3) , C(7)-C(6) 1.441(3) , C(5)-C(6) 1.201(3) , C(1)-C(5) 1.401(3) ; углы: C(1)-C(5)-C(6) 179.8(3), C(5)-C(6)-C(7) 173.2(2), C(6)-C(7)-C(8) 116.1(2), C(6)-C(7)-O(1) 122.1(2).

В кристаллической структуре 88b также обнаружены межмолекулярные Н-связи N(1)-H(1)ЕO(1), связывающие молекулы в цепочки (рис. 17). Длины связей N(1)-H(1), N(1)-О(1) и H(1)ЕO(1) равны соответственно 0.98(2), 2.942(3) и 1.98(3) , угол N(1)-H(1)ЕO(1) равен 170(2).

цис-Ротамер 88a при повторной перекристаллизации трансформируется в транс-форму 88b, которая, очевидно, устойчивее из-за более плоской структуры и эффективного сопряжения. Цис-форму можно изолировать только путем немедленной экстракции оксида алюминия, используемого в реакции.

Рассчитанные методом B3LYP/6-311G(d) полные энергии конформеров различаются всего на 0.77 ккал/моль в пользу 88b, а барьер изомеризации не превышает 2.6 ккал/моль.

Насколько нам известно, раздельное существование форм, подобных 88a и 88b - первый случай стабильных твердокристаллических ротамеров относительно одинарной связи Csp2-Csp типа.

3.2. Перегруппировки [2+2]-циклоаддуктов DDQ и 2-этинилпирролов

Недавно было показано, что 2-этинилпирролы с ацильными или алкоксикарбонильными группами при тройной связи легко вступают в реакцию [2+2]-циклоприсоединения с дихлордицианхиноном (DDQ), образуя аддукты 90а-е с выходами 76-92% (B.A.Trofimov et al., Synthesis 2010, 470; схема 19).

90a: R1 = Ph, R2 = H, R3 = Ph

90b: R1 = 4-ClC6H4, R2 = H, R3 = Ph

90c: R1 = 4-MeOC6H4, R2 = H, R3 = 4-O2NC6H4

90d: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = Ph

90e: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = OEt

Схема 19. [2+2]-Циклоприсоединение DDQ к 2-этинилпирролам

При кристаллизации соединения 90е из этанола было замечено выделение двух типов кристаллов - красных и желтых. Мы провели их рентгеноструктурное исследование и установили, что красные являются производным пирролилбициклогептадиенона 91е, а желтые - пирролилциклобутенилдигидрофуранона 92е (рис. 18). Из этого был сделан вывод, что соединения 90а-е уже при комнатной температуре в этаноле склонны к скелетной перегруппировке, которая дает смесь соединений 91а-е и 92а-е (схема 20). Первые сильно преобладают, и их выход достигает 85-90%, тогда как дигидрофураноны в основном фиксируются в ЯМР спектрах сырых реакционных масс. Исключение составляет перегруппировка циклоаддукта 90е, в которой соотношение 91е : 92е было соизмеримым (44:56).

               

(а)                                                        (b)

Рис. 18. Молекулярное строение карбоксилатов 91е (а) и 92е (b).

91a: R1 = Ph, R2 = H, R3 = Ph (55%)

91b: R1 = 4-ClC6H4, R2 = H, R3 = Ph (57%)

91c: R1 = 4-MeOC6H4, R2 = H, R3 = 4-O2NC6H4 (78%)

91d: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = Ph (71%)

91e: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = OEt (39%)

92e: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = OEt (44%)

Схема 20. Скелетная перегруппировка циклоаддуктов 90а-е

По данным рентгеноструктурного исследования продуктов перегруппировки 91e и 92e предложены ее вероятные механизмы. Перегруппировка 90 91, вероятно, начинается с присоединения молекулы спирта к С2=О группе, после чего в промежуточном полуацетале 93 раскрывается цикл с образованием сложноэфирной группы. Далее происходит рециклизация, за счет нуклеофильного замещения атома хлора, что приводит в результате к сужению шестичленного цикла до пятичленного и образованию продуктов 91а-е (схема 21).

Схема 21. Перегруппировка циклоаддуктов 90а-е в бициклогептадиеноны 91а-е

При образовании фуранонов 92a-e этанол, вероятно, присоединяется к карбонильной группе С5=О. В промежуточном полуацетале 94 гидроксильная группа, как нуклеофил, атакует противоположную карбонильную группу, что сопровождается расщеплением связи С1 - С2 и переносом протона к атому С1 (схема 22).

Схема 22. Перегруппировка циклоаддуктов 90а-е в фураноны 92a-e

Установлено, что в перегруппировке могут участвовать и другие спирты. Например, при перекристаллизации соединения 90е из метанола выпадает карбоксилат 91f, структура которого подтверждена данными РСА (рис. 20).

Рис. 20. Молекулярное строение карбоксилата 91f

Строение бициклического (несконденсированного с другими циклами) гептадиенового мотива представлено в настоящей работе впервые.

Спектры ЯМР 1Н и 13С соединений 91а-е и 92а-е находятся в соответствии с рентгеноструктурными данными для карбоксилатов 91е и 92е.

3.3. Синтез и строение 2-арилазо-1-винилпирролов

       

Мы использовали рентгеноструктурный анализ в сочетании со спектральными методами и квантово-химическими расчетами для исследования новых азопирролов. Этот тип красителей в последнее время привлекает повышенное внимание ввиду их перспективности в качестве оптоэлектронных материалов с проводящими и нелинейно-оптическими свойствами. Особенно мало сведений о винилированных азопирролах, возможность полимеризации которых могла бы существенно увеличить их прикладной потенциал. Трофимовым с сотр. были изучены два подхода к синтезу 2-арилазо-1-винилпирролов 96: (a) прямое винилирование 2-арилазопирролов ацетиленом и (b) азосочетание 1-винилпирролов 95 с солями арендиазония. Второй подход оказался более предпочтительным (схема 23).

96a: R1 = R2 = R3 = H (80%)

96b: R1 = R2 = H, R3 = EtO (52%)

96c: R1 = R2 = H, R3 = NO2 (84%)

96d: R1 = Me, R2 = R3 = H (80%)

96e: R1 = Me, R2 = H, R3 = EtO (76%)

96f: R1 = Me, R2 = H, R3 = NO2 (85%)

96g: R1 = Me, R2 = H, R3 = Br (76%)

96h: R1 = Me, R2 = H, R3 = PhN2 (79%)

96i: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = H (87%)

96j: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = EtO (80%)

96k: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = NO2 (94%)

96l: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = Br (82%)

96m: R1 - R2 = (CH2)4, R3 = PhN2 (81%)

96n: R1 = Ph, R2 = R3 = H (53%)

96o: R1 = Ph, R2 = H, R3 = NO2 (56%)

96p: R1 = 4-MeOC6H4, R2 = R3 = H (57%)

96q: R1 = 4-MeOC6H4, R2 =H, R3=NO2 (56%)

96r: R1 = 2-фурил, R2 = R3 = H (53%)

96s: R1 = 2-тиенил, R2 = R3 = H (53%)

96t: R1 = 2-тиенил, R2 = H, R3 = NO2 (79%)

Схема 23. Синтез 2-арилазо-1-винилпирролов.

Для лучшего понимания -электронной структуры соединений 96 нами проведен РСА двух их представителей 96а и 96g; полученные результаты сопоставлены с аналогичными данными для незамещенного пиррола (схема 24).

Схема 24. Сопоставление длин связей () и углов (о) в молекулах 2-фенилазо-1-винилпиррола 96а и пиррола (в скобках).

       Связи N(1)ЦC(5), C(3)ЦC(4) и N(2)ЦC(2) заметно укорочены, в то время как C(2)ЦC(3), C(4)ЦC(5) и N(2)ЦN(3) удлинены по сравнению с простыми пирролами (схема 24). Эти изменения отражают перенос заряда с пиррольного фрагмента на фенилазо-группу, т.е. увеличение вклада биполярной хиноидной структуры в резонансный гибрид (схема 24).

В пирроле 96а (рис. 21) азогруппа имеет Е-конфигурацию с анти-ориентацией атомов N(1) и N(3) и находится в плоскости пиррольного и бензольного колец  (двугранные углы составляют 0о и 3.5o, соответственно). Двугранный угол между винильной группой и пиррольным кольцом также невелик (7.1) с анти-ориентацией по отношению к азогруппе. Такая геометрия, очевидно, способствует более эффективному сопряжению во всей π-системе.

Рис. 21. Молекула 2-фенилазо-1-винилпиррола 96а.  Некоторые длины связей и валентные углы: N(1)-C(2) 1.390(2) , N(1)-C(5) 1.359(2) , C(2)-C(3) 1.375(2) , C(3)-C(4) 1.396(2) , C(4)-C(5) 1.349(2) , N(1)-C(6) 1.409(2) , C(6)-C(7) 1.288(2) , N(2)-C(2) 1.376(2) , N(2)-N(3) 1.271(1) , N(3)-C(8) 1.424(2) , C(5)-N(1)-C(2) 107.5(1), C(3)-C(2)-N(1) 107.9(1), ВВС С(6)-Н(6b)ЕN(2) 2.50(2) .

В спектре 2D NOESY азопиррола 96а имеется кросс-пик HB - H5, свидетельствующий о том, что анти-ориентация винильной и азогрупп сохраняется и в растворе:

Квантово-химический расчёт B3LYP/6-311(d,p) для азопиррола 96а подтвердил наличие глобального энергетического минимума, отвечающего приведенной выше структуре (рис. 21).

В отличие от соединения 96а в молекуле 2-(4-бромфенил)азо-5-метил-1-винилпиррола 96g согласно данным РСА N-винильная группа находится в син-положении относительно азогруппы (рис. 22).

Рис. 22. Молекулярное строение 2-(4-бромфенил)азо-5-метил-1-винилпиррола (96g). Некоторые длины связей и углы: N(1)-C(2) 1.388(4) , N(1)-C(5) 1.377(3) , C(2)-C(3) 1.363(4) , C(3)-C(4) 1.392(4) , C(4)-C(5) 1.349(4) , N(2)-C(2) 1.385(3) , N(2)-N(3) 1.267(3) , N(3)-C(9) 1.422(3) , N(1)-C(6) 1.414(4) , C(6)-C(7) 1.286(5) , C(5)-N(1)-C(2) 108.0(2), C(3)-C(2)-N(1) 107.8(3), ВВС С(7)-Н(7b)ЕN(2) 2.38(4) .

В то же время, в растворе, как следует из спектра 2D NOESY (наличие кросс-пиков между сигналами Me и НB, и Me и НX), этот азопиррол существует в виде смеси конформеров с анти- и син-ориентацией винильной группы относительно азогруппы.

Расчет полных энергий возможных конформеров 96g показал, что наиболее устойчивым в газовой фазе является Е, анти,анти-изомер (схема 25). В менее стабильном анти,син-конформере винильная группа выходит из плоскости пиррольного кольца (двугранный угол ~ 20o), что находится в хорошем соответствии с данными РСА (20.6о). Таким образом, соединение 96g является редким примером полизамещенного пиррола, находящегося в кристаллическом состоянии в виде менее стабильного конформера. Это можно истолковать как следствие специфических межмолекулярных взаимодействий и эффектов упаковки в кристалле.

0.0 ккал/моль

0.5 ккал/моль

17 ккал/моль

Е, анти,анти

Е, анти,син

Е, син,анти

Схема 25. Рассчитанные [B3LYP/6-311(d,p)] разницы энергии для конформаций 2-фенилазо-1-винилпиррола 96g.

Показано, что красители 96 обратимо протонируются и взаимодействуют с кислотами Льюиса (BF3) с изменением окраски (например, 96j - от оранжевого до красно-коричневого), а их сополимеризация с 1-винилпирролидоном приводит к ярко окрашенным сополимерам (96j образует желтый сополимер в ацетоне и этаноле, красный - в ДМСО и ацетонитриле). Полученные соединения проявили себя как эффективные лиганды в реакциях палладий-катализируемого кросс-сочетания.

Широкие пределы конформационных изменений в 1-винил-2-азопирролах делают их весьма интересным объектом для поиска новых молекулярных переключателей, запоминающих и записывающих устройств. Их дальнейшая функционализация открывает путь к получению ярко окрашенных полимерных материалов, обладающих свойствами фотохромов, термохромов и хемосенсоров.

Экспериментальная часть.

Рентгеноструктурные эксперименты выполнены на дифрактометрах Bruker SMART APEX2 CCD, (ω-сканирование, Mo-Kα излучение), KM-4 KUMA DIFFRACTION и Enraf-Nonius CAD-4 (ω/2θ-сканирование, Mo-Kα излучение, графитовый монохроматор). Кристаллические структуры расшифрованы прямыми методами и последующими Фурье-синтезами по программе SHELXS-97 и уточнены МНК в анизотропном полноматричном приближении для всех неводородных атомов с помощью программы SHELXL-97. Координаты атомов водорода определены экспериментально и уточнены в изотропном приближении или заданы геометрически. Полные данные о геометрических молекулярных параметрах депонированы в Кембриджском банке структурных данных (КБСД). Сводка основных кристаллографических сведений для некоторых соединений приведена в табл.  1.

Таблица 1. Основные кристаллографические данные и характеристики рентгенографического эксперимента для некоторых изученных соединений*

Соединение

9d

16e

26

29

33

38

43

56a

59a

63a

64d

75b

Формула

C23H19NO

C18H20O2S2

C18H22N2O3S

C15H22O6

C18H21N3O2

C13H14N2O3

C13H14N2O3

C8H12N2O3

C12H12N2O3

C11H12N6O

C10H16N4OS

C15H17N3O2

М

325.39

332.46

346.44

298.33

311.38

246.26

246.26

184.20

232.24

244.27

240.33

271.32

Темп., К

295

250

295

110

295

295

295

295

295

295

295

295

Сингония

Монокл.

Монокл.

Ромбич.

Ромбич.

Ромбич.

Монокл.

Монокл.

Монокл.

Ромбич.

Монокл.

Монокл. 

Монокл.

Простр. гр.

P21/c

P21/c

P212121

P212121

Pbca

P21/с

P21/c

C2/c

P212121

P21/n

P21/n

P21/c

a/

12.5216(6)

6.855(1)

33.900(7)

9.158(2)

11.366(4)

7.809(3)

10.627(2)

20.712(4)

7.450(1)

6.500(1)

10.487(2)

9.526(2)

b/

7.6893(4)

18.324(2)

7.316(2)

12.117(2)

15.725(2)

13.985(4)

11.717(2)

9.194(2)

11.686(2)

13.250(3)

10.164(2)

13.717(3)

c/

18.1325(9)

13.374(2)

7.186(1)

15.070(3)

19.700(5)

11.554(3)

10.674(2)

10.712(2)

13.618(3)

14.040(3)

11.765(2)

12.140(2)

α/

90

90

90

90

90

90

90

90

90

90

90

90

β/

99.606(5)

92.81(1)

90

90

90

97.52(3)

102.53(3)

120.52(3)

90

93.60(3)

107.14(3)

105.63(3)

γ/

90

90

90

90

90

90

90

90

90

90

90

90

V/3

1721.4(1)

1678.0(4)

1782.2(6)

1672.3(6)

3521.0(2)

1250.9(7)

1297.4(4)

1757.2(6)

1185.6(4)

1206.8(4)

1198.3(4)

1527.7(5)

Z

4

4

4

4

8

4

4

8

4

4

4

4

λ/

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

1.5418

1.5418

1.5418

0.7107

0.7107

0.7107

Dвыч, /г⋅см-3

1.26

1.32

1.29

1.18

1.18

1.31

1.26

1.39

1.30

1.34

1.33

1.18

μ/мм-1

0.076

0.321

3.229

0.091

0.078

0.094

0.751

0.904

0.791

0.094

0.256

0.080

N1

19998

12726

1557

2030

2230

2350

2670

1906

3277

11509

2475

2828

N2

5438

4894

1557

2030

2230

2184

2414

1613

2201

3227

1906

2691

N3

3761

3547

597

848

1720

1275

1974

1498

2114

2264

860

1518

N4

302

209

138

257

257

220

220

167

203

211

194

250

RЦфактор

(F0 > 4σ(F0))

0.046

0.046

0.076

0.043

0.043

0.045

0.046

0.031

0.036

0.048

0.067

0.035

№ депозита в КБСД

716070

736221

756510

274902

292889

705263

705262

628146

686261

743626

675539

626380

Продолжение Таблицы 1.

Соединение

75d

78a

79

83b

84m

88a

91e

91f

92e

96a

96g

Формула

C15H19N3O2

C18H16N4S

C21H18N4S

C31H27N3O2S3

C19H21NO3S

C19H13NO

C23H20ClN3O5

C22H18ClN3O5

C23H21Cl2N3O5

C12H11N3

C13H12BrN3

М

273.33

320.41

358.45

569.74

343.43

271.30

453.87

439.84

490.33

197.24

290.17

Темп., К

295

295

295

295

295

295

295

295

295

295

295

Сингония

Монокл.

Ромбич.

Монокл.

Монокл.

Ромбич.

Монокл.

Трикл.

Монокл.

Монокл.

Монокл.

Ромбич.

Простр. гр.

P21/c

Pbcn

P21/n

P21/n

P212121

C2/c

P-1

P21/n

P21

P21/n

Pbca

a/

9.577(2)

20.911(4)

7.465(1)

16.458(3)

10.324(1)

16.748(3)

8.211(1)

12.381(2)

8.213(2

6.702(1)

12.444(2)

b/

13.787(2)

6.841(1)

24.001(5)

9.932(2)

11.614(2)

7.225(1)

11.909(1)

16.615(3)

7.710(2)

11.869(2)

12.012(2)

c/

12.162(3)

24.241(5)

11.465(2)

18.468(4)

14.986(2)

23.818(5)

12.942(1)

21.214(4)

18.425(5)

13.252(3)

16.933(3)

α/

90

90

90

90

90

90

108.80(2)

90

90

90

90

β/

104.02(2)

90

107.96(3)

101.53(3)

90

97.78(3)

96.10(2)

99.727(4)

91.22(3)

92.91(2)

90

γ/

90

90

90

90

90

90

106.17(2)

90

90

90

90

V/3

1558.0(6)

3467.7(1)

1954.1(7)

2957.9(1)

1796.9(4)

2855.6(1)

1123.5(2)

4301.1(1)

1166.4(5)

1052.8(3)

2531.1(7)

Z

4

8

4

4

4

8

2

8

2

4

8

λ/

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

0.7107

Dвыч, /г⋅см-3

1.16

1.23

1.22

1.28

1.27

1.26

1.34

1.36

1.40

1.24

1.52

μ/мм-1

0.079

0.191

0.191

0.283

0.196

0.078

0.209

0.216

0.318

0.077

3.229

N1

2813

3952

3957

5467

2335

4507

8229

17074

2353

1943

2169

N2

2680

3952

2989

4376

2335

3094

4225

7174

2184

1784

2169

N3

2158

2337

886

2090

1700

1841

1731

2504

1181

1420

1375

N4

257

273

272

367

298

243

290

569

300

181

180

RЦфактор

(F0 > 4σ(F0))

0.035

0.046

0.054

0.061

0.035

0.037

0.060

0.076

0.079

0.037

0.037

№ депозита в КБСД

626379

648092

645358

684937

725302

678754

776907

805575

776908

270103

270102

N1 - общее число отражений, N2 - число независимых отражений, N3 - число отражений с [F0>4σ(F0)], N4 - число уточняемых параметров

* Всего в работе методом РСА исследовано 50 новых соединений, из-за ограниченности объема здесь приведены обсуждаемые в автореферате

Выводы

  1. Методом рентгеноструктурного исследования определено строение новых гетероциклических систем - продуктов 50 химических реакций ацетилена и его производных. На многочисленных примерах показано, что систематическое использование РСА применительно к реакциям ацетиленов с азотистыми гетероциклами и их ароматическими и ациклическими аналогами оказывается полезным не только для решения чисто структурных задач, но и для выяснения механизмов реакций, а иногда и их природы.
  2. Обнаружены и структурно охарактеризованы новые классы гетероциклических соединений: производные 3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексана, циклобутенилпирролов, 1,3-тиазолилтиомочевины, синтетические аминокислоты с дигидрофурановым мотивом и ряд других. С целью их синтеза предложены новые строительные блоки ацетиленового ряда;  разработаны подходы для модификации и функционализации полученных веществ.
  3. Открыты две новые реакции: трехкомпонентная реакция между алкиларил(гетарил)кетоксимами, ацетиленом и алифатическими кетонами, приводящая к новому классу гетероциклов - 4-метилен-3-окса-1-азабицикло[3.1.0]гексанам и  одностадийное взаимодействие ациларенов(гетаренов) и ацетилена с образованием замещенных 7-метилен-6,8-диокса-бицикло[3.2.1]октанов, ранее неизвестных представителей феромонов насекомых фронталинового семейства.
  4. С помощью РСА показано, что неожиданная инертность диоксима 4,4Т-диацетилдифенила в реакции Трофимова (взаимодействие с ацетиленом в системе КОН-ДМСО), вероятно, является результатом образования прочных ассоциатов между молекулами диоксима и ДМСО.
  5. На примере 2,3,4,6Цтетра(О-винил)метил-α-D-глюкопиранозида, полученного винилированием метил-α-D-глюкопиранозида ацетиленом в суперосновной системе, впервые для поливиниловых эфиров моносахаридов определена их геометрия в кристаллическом состоянии и в растворе.
  6. Ренгеноструктурное исследование иминодигидрофуранов, образующихся  при взаимодействии ацетиленовых гидроксинитрилов с аминами, показало Z-расположение иминогрупп по отношению к атому кислорода фуранового кольца, чем продемонстрирована стереоселективность процесса и его вероятный механизм.
  7. По данным РСА обнаружено, что циклоаддукты дихлордицианхинона и 2-этинилпирролов в спиртовом растворе легко изомеризуются в ранее неизвестные глубоко функционализированные циклобутенилпирролы. Предложен механизм перегруппировки и объяснена ее двойственная направленность.
  8. Взаимодействием алифатических и ароматических аминокислот с ацетиленовыми гидроксинитрилами получена серия их производных с фрагментом иминодигидрофурана. С помощью РСА установлен их цвиттер-ионный характер и ряд других структурных и электронных особенностей. Показано, что 3- и 4-аминобензойные кислоты в тех же условиях этерифицируются, а изоникотиновая кислота образует цвиттер-ионные пиридиний-N-карбоксилаты.
  9. Разработан удобный метод региоселективного присоединения аминокислот к тройной связи ацилацетиленов, приводящий к N-ацилвинильным производным аминокислот. Наличие в последних енаминонового фрагмента делает их привлекательным объектом для разнообразной модификации природных аминокислот.
  10. Показано, что аденин присоединяется к α,β-ацетиленовым γ-гидроксинитрилам в мягких условиях и исключительно по атому N-9, образуя с высоким выходом ранее неизвестные (Z)-3-(6-амино-9H-пурин-9-ил)-4-гидрокси-4-алкил-2-алкенонитрилы. Эта реакция дает новые возможности для направленной функционализации пуриновых оснований.
  11. Показано что ацетилен-содержащие строительные блоки, такие как α,β-ацетиленовые γ-гидроксинитрилы или ацетиленовые кетоны, легко взаимодействуют с тиокарбонильными соединениями (тиосемикарбазид, тиокарбогидразоны альдегидов), образуя многофункциональные гетероциклы, например пиразолы, или ациклические системы типа дигидразидов тиоугольной кислоты.
  12. Показано, что 1-замещенные бензимидазолы взаимодействуют с α,β-ацетиленовыми γ-гидроксинитрилами, образуя  производные новой гетероциклической системы  оксазолидино[1,2-a]бензимидазолина. С помощью РСА установлено, что на оксиде алюминия последние перегруппируются в производные N-формил-о-фенилендиамина, содержащие иминоаминодигидрофурановый фрагмент.
  13. Впервые осуществлено региоселективное С-2-этинилирование пиррольного ядра галогенацетиленами на активных сорбентах (оксиды металлов). Реакция протекает через ион-радикальные интермедиаты, стабилизированные поверхностью сорбента. Обнаружено, что 2-(2-бензоилэтинил)-5-фенилпиррол образует две кристаллические модификации с карбонильной группой, находящейся в цис- и транс-положениях относительно атома азота. Это первый пример твердокристаллических стабильных ротамеров относительно одинарной связи Csp2-Csp типа.
  14. Проведено всестороннее исследование 2-арилазо-1-винилпирролов, как нового перспективного типа функциональных красителей. Показаны их возможности образовывать глубокоокрашенные сополимеры, изменять окраску при действии протонных и Льюисовских кислот, а также служить активными лигандами в реакциях кросс-сочетания. Проведенные рентгеноструктурные и спектральные исследования свидетельствует об эффективном сопряжении в них пиррольного кольца и фенилазо-группы.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

  1. Трофимов Б.А., Малькина А.Г., Шемякина О.А., Кудякова Р.Н., Соколянская Л.В., Синеговская Л.М., Албанов А.И., Смирнов В.И., Кажева О.Н., Чехлов А.Н., Дьяченко О.А. Цианоацетилен и его производные. Стереоселективный синтез бис(иминодигидрофуранов) из 4-гидрокси-4-метил-2-пентинонитрила и ароматических аминов в одну препаративную стадию // Журнал органической химии. 2005. 41. № 6. C. 903-906
  2. Trofimov B.A., Oparina L.A., Krivdin L.B., Gusarova N.K., Chernyshev K.A., Sinegovskaya L.M., Klyba L.V., Parshina L.N., Tantsyrev A.P., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Dyachenko O.A. Structural study of 2,3,4,6-tetra(O-vinyl)methyl-a-D-glucopyranoside // Journal of Molecular Structure. 2006. 791. № 1-3. C. 1-9
  3. Trofimov B.A., Schmidt E.Yu., Mikhaleva A.I., VasilТtsov A.M., Zaitsev A.B., Smolyanina N.S., Senotrusova E.Yu., Afonin A.V., Ushakov I.A., Petrushenko K.B., Kazheva O.N., Dyachenko O.A., Smirnov V.V., Schmidt A.F., Markova M.V., Morozova L.V. 2-Arylazo-1-vinylpyrroles: a novel promising family of reactive dyes // European Journal of Organic Chemistry. 2006. C.а4021-4033
  4. Rusakov Y.Yu., Krivdin L.B., Senotrusova E.Yu., Schmidt E.Yu., Vasiltsov A.M., Mikhaleva A.I., Trofimov B.A., Dyachenko O.A., Chekhlov A.N., Kazheva O.N. Conformational study of 2-arylazo-1-vinylpyrroles // Magnetic Resonance in Chemistry. 2007. 45. C.  142Ц151
  5. Trofimov B.A., Andriyankova L.V., Mal'kina A.G., Belyaeva K.V., Nikitina L.P., Dyachenko O.A., Kazheva O.N., Chekhlov A.N., Shilov G.V., Afonin A.V., Ushakov I.A., Baikalova L.V. Annelation of benzimidazoles with, α,β-acetylenic γ-hydroxyacid nitriles and hydrolytic rearrangement of the cycloadducts on alumina // European Journal of Organic Chemistry. 2007. № 6. C. 1018 -1025
  6. Trofimov B.A., MalТkina A.G., Shemyakina O.A., Borisova A.P., Nosyreva V.V., Dyachenko O.A., Kazheva O.N., Alexandrov G.G. Synthesis of amino acids with 5-imino-2,5-dihydro-3-furanyl substituent in the amino group // Synthesis. 2007. № 17. C. 2641-2646
  7. Dvorko M.Yu., Glotova T.E., Albanov A.I., Chipanina N.N., Kazheva O.N., Shilov G.V., Dyachenko O.A. Chemo- and stereodirectivity of the reaction of thiocarbohydrazide with 1-acetyl-2-phenylacetylene: synthesis and structure of bis(1-methyl-3-phenyl-2-propynylidene)carbonothioic dihydrazide // Mendeleev Communications. 2008. 18. N 1. C.а48-50
  8. Глотова Т.Е., Дворко М.Ю., Чипанина Н.Н., Албанов А.И., Шерстянникова Л.В., Кажева О.Н., Чехлов А.Н., Дьяченко О.А. Синтез и пространственное строение N2-(1-метил-3-фенил-2-пропинилиден)-N3-(арилметилиден)дигидразидов тиоугольной кислоты // Журнал органической химии. 2008. 44. № 1. C. 117-121
  9. Trofimov B.A., MalТkina A.G., Borisova A.P., Nosyreva V.V., Shemyakina O.A., Kazheva O.N., Shilov G.V., Dyachenko O.A. Expedient synthesis of pyrazoles substituted with amino, hydroxyl and thioamide groups // Tetrahedron Letters. 2008. 49. C. 3104Ц3107
  10. Trofimov B.A., Sobenina L.N., Stepanova Z.V., Vakul'skaya T.I., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Dyachenko O.A., Mikhaleva A.I. Reactions of 2-phenylpyrrole with bromobenzoylacetylene on metal oxides active surfaces // Tetrahedron. 2008. 64. № 23. C. 5541-5544
  11. Trofimov B.A., MalТkina A.G., Shemyakina O.A., Nosyreva V.V., Borisova A.P., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Dyachenko O.A. Chemo-, regio- and stereospecific non-catalytic addition of isonicotinic acid to, α,β-acetylenic γ-hydroxy nitriles // Mendeleev Communications. 2008. 18. № 5. C. 278-280
  12. Шмидт Е.Ю., Михалева А.И., Зорина Н.В., Кажева О.Н., Шилов Г.В., Дьяченко О.А., Трофимов Б.А. Неожиданное поведение диоксима  4,4'-диацетилдифенила в реакции с ацетиленом в системах МОН-ДМСО // Доклады АН. 2008. 421. № 6. C. 779-782
  13. Глотова Т.Е., Дворко М.Ю., Албанов А.И., Кажева О.Н., Шилов Г.В., Дьяченко О.А. 1,3-Диполярное циклоприсоединение 3-анилино-5-фенилимино-1,2,4-дитиазола к 1-ацил-2-фенилацетиленам - новый путь к функциональным производным 1,3-тиазолов // Журнал органической химии. 2008. 44. № 10. C. 1554-1558
  14. Trofimov B.A., Mal'kina A.G., Shemyakina O.A., Nosyreva V.V., Borisova A.P., Albanov A.I., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Chekhlov A.N., Dyachenko O.A. Reactions of aminobenzoic acids with ,-acetylenic -hydroxy nitriles: synthesis of functionalized amino acids and unusually facile esterification and acetylene hydration // Tetrahedron. 2009. 65. C. 2472-2477
  15. Trofimov B.A., Schmidt E.Yu., Mikhaleva A.I., Ushakov I.A., Protsuk N.I., Senotrusova E.Yu., Kazheva O.N., Aleksandrov G.G., Dyachenko O.A. One-pot assembly of 4-methylene-3-oxa-1-azabicyclo[3.1.0]hexanes from alkyl aryl(hetaryl) ketoximes, acetylene and aliphatic ketones: a new three-component reaction // Tetrahedron Letters. 2009. 50. C. 3314-3317
  16. Trofimov B.A., Schmidt E.Y., Ushakov I.A., Mikhaleva A.I., Zorina N.V., Protsuk N.I., Senotrusova E.Y., Skital'tseva E.V., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Dyachenko O.A. One-pot assembly of 7-methylene-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octanes, congeners of frontalin, from ketones and acetylene // European Journal Of Organic Chemistry.а2009. № 30. C. 5142-5145а
  17. Glotova T.E., Dvorko M.Yu., Ushakov I.A., Chipanina N.N., Kazheva O.N., Chekhlov A.N., Dyachenko O.A., Gusarova N.K., Trofimov B.A. Chemo-, regio- and stereospecific addition of amino acids to acylacetylenes: a facile synthesis of new N-acylvinyl derivatives of amino acids // Tetrahedron. 2009. 65. C.  9814-9818
  18. Trofimov B.A., Mal'kina A.G., Nosyreva V.V., Shemyakina O.A., Borisova A.P., Larina L.I., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Dyachenko O.A. Chemo-, regio- and stereospecific addition of adenine and 8-azaadenine to ,-acetylenic -hydroxy nitriles: a short-cut to novel acyclic adenosine analogues // Tetrahedron. 2010. 66. C. 1699-1705
  19. Schmidt E.Y., Senotrusova E.Y., Ushakov I.A., Kazheva O.N., Dyachenko O.A., Alexandrov G.G., Ivanov A.V., Mikhaleva A.I., Trofimov B.A. First example of autooxidation of methyl and cyclohexano groups attached to the pirrole ring: stabilization effect of phenyldiazenyl substituents // Arkivoc.а2010. ii. C. 352-359а
  20. Trofimov B.A., Sobenina L.N., Stepanova Z.V., Ushakov I.A., Mikhaleva A.I., Tomilin D.N., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Chekhlov A.N. and Dyachenko O.A. Rearrangements of the [2+2]-cycloadducts of DDQ and 2-ethynylpyrroles // Tetrahedron Letters. 2010. 51. N 38. C. 5028-5031
  21. Trofimov B.A., Shemyakina O.A., Mal'kina A.G., Ushakov I.A., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Dyachenko O.A. A domino reaction of ,-acetylenic -hydroxy nitriles with arenecarboxylic acids: an unexpected facile shortcut to 4-cyano-3(2H)-furanones // Organic Letters. 2010. 12. N 14. C.а3200-3203а
  22. Schmidt E.Y., Trofimov B.A., Zorina N.V., Mikhaleva A.I., Ushakov I.A., Skital'tseva E.V., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Dyachenko O.A. Synthesis of functionalized 3,4-dihydropyrans via rearrangement of the products of a one-pot diastereoselective assembly of ketones and acetylene // European Journal of Organic Chemistry. 2010. 35. C. 6727-6730
  23. Шагун В.А., Недоля Н.А., Тарасова О.А., Волостных О.Г., Кажева О.Н., Чехлов А.Н., Александров Г.Г., Дьяченко О.А. Реакции гетерокумуленов с металлоорганическими реагентами: квантово-химическое исследование механизмов образования гомо- и гетероанулярных азациклогептадиенов в  реакциях 2-аза-1,3,5-триенов с трет-бутоксидом калия // Журнал органической химии. 2010. 46.  N 12. C. 1848-1858
  24. Trofimov B.A., Andriyankova L.V., Belyaeva K.V., MalТkina A.G., Nikitina L.P., Dyachenko O.A., Kazheva O.N., Alexandrov G.G., Shilov G.V., Afonin A.V. and Ushakov I.A. C(2)-Functionalization of 1-substituted imidazoles with cyanoacetylenes and aromatic or heteroaromatic aldehydes // Tetrahedron. 2011. 67. N6. C. 1288-1293

Тезисы докладов

  1. Шемякина О.А., Малькина А.Г., Носырева В.В., Кажева О.Н., Дьяченко О.А., Трофимов Б.А. Нуклеофильное присоединение аминокислот к ацетиленовым гидроксинитрилам - общая методология синтеза полусинтетических аминокислот нового типа, тезисы докладов Международной конференции по органической химии. УХимия соединений с кратными углерод-углеродными связямиФ. Санкт-Петербург. 2008. C. 30-31.
  2. Шемякина О.А., Малькина А. Г., Кажева О. Н., Александров Г. Г., Дьяченко О. А., Трофимов Б. А. Стереоспецифическое присоединение аденина к производным α,β-ацетиленовых γ-гидроксикислот: путь к новым модификациям нуклеиновых оснований, тезисы докладов научной конференции Органическая химия для медицины Орхимед-2008. Черноголовка. 2008. C. 295-296.
  3. О.Г. Волостных, Н.А. Недоля, О.А. Тарасова, О.Н. Кажева, А.Н. Чехлов, О.А. Дьяченко, А.И. Албанов, В.А. Шагун, Б.А. Трофимов. Новый поход к синтезу аннелированных дигидроазепинов. Неожиданная миграция С=С связи в гексагидро-3Н-1-бензазепинах, тезисы докладов Международной конференции по химии "Основные тенденции развития химии в начале XXI века". Санкт-Петербург. 2009. C. 341
  4. O.N. Kazheva, B. A. Trofimov, L. N. Sobenina, Z. V. Stepanova, T. I. VakulТskaya,G. G. Aleksandrov, O. A. Dyachenko, A. I. Mikhaleva. 2-(2-Benzoylethynyl)-5-Phenylpyrrole: cis-trans Isomerism in the Solid State, book of abstracts of XIIth European Symposium on Organic Reactivity. Haifa. 2009. P. 61
  5. Kazheva O.N., Trofimov B.A., MalТkina A.G., Shemyakina O.A., Borisova A.P., Nosyreva V.V., Alexandrov G.G., Dyachenko O.A. Zwitterionic amino acids with 5-imino-2,5-dihydrofuranyl substituent in the amino group, book of abstracts of 10th Tetrahedron Symposium - Challenges in Organic and Bioorganic Chemistry. Paris. 2009. P. А128
  6. Малькина А.Г., Шемякина О.А., Носырева В.В., Борисова А.П., Кажева О.Н., Дьяченко О.А., Трофимов Б.А. Нуклеофильное присоединение аминокислот и нуклеиновых оснований к ,-ацетиленовым -гидроксинитрилам: синтез функционализированных иминодигидрофуранов, тезисы докладов 1-ой Международной конференции "Новые направления в химии гетероциклических соединений". Кисловодск. 2009. C. 134
  7. O.N. Kazheva, B. A. Trofimov, L. N. Sobenina, Z. V. Stepanova, T. I. VakulТskaya, G. G. Aleksandrov, O. A. Dyachenko, A. I. Mikhaleva. 2-(2-Benzoylethynyl)-5-Phenylpyrrole: cis-trans Isomerism in the Solid State, book of abstracts of 12th European Conference on Solid State Chemistry. Munster. 2009. P. 189
  8. O.N. Kazheva, A.G. MalТkina, O.A. Shemyakina, A.P. Borisova, V.V. Nosyreva,
    O.A. Dyachenko, G.V. Shilov, B.A. Trofimov. Synthesis and structure of new
    densely functionalized pyrazoles, book of abstracts of the 12th RSC-SCI Joint
    meeting on heterocyclic chemistry. Brighton. 2010. P. 10
  9. Кажева О.Н., Глотова Т.Е., Дворко М.Ю., Ушаков И.А., Чипанина Н.Н., Чехлов А.Н., Дьяченко О.А., Гусарова Н.К., Трофимов Б.А. Модифицирование аминокислот ацилацетиленами: синтез и строение функциональных аминокислот, содержащих  енаминоновый фрагмент, тезисы докладов II Конференции для молодых ученых Дифракционные методы исследования вещества: от молекул к кристаллам и наноматериалам. Черноголовка. 2010. C. 58
  10. Kazheva O., Schmidt E., Mikhaleva A., Ushakov I., Aleksandrov G., Dyachenko O., Trofimov B. New Three-Component Reaction of Ketoximes, Acetylene and Aliphatic Ketones, abstracts of the 3rd EuCheMS Chemistry Congress. Nuernberg. 2010. P. VIIa.007
  11. Kazheva O., Sobenina L., Stepanova Z., Ushakov I., Mikhaleva A., Tomilin D., Chekhlov A., Aleksandrov G., Dyachenko O., Trofimov B. Peculiar Rearrangements of the [2+2]-Cycloadducts of DDQ to 2-Ethynylpyrroles, book of abstracts of the 3rd EuCheMS Chemistry Congress. Nuernberg. 2010. P. VIIa.165
  Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по химии