Актуальность темы. В настоящее время существует потребность в создании новых материалов, таких как сенсоры, наноматериалы, высокоселективные катализаторы, биологически активные вещества и т.д. для химической, оптической промышленности и медицины. Проблема создания новых материалов может решаться за счет модификации 1,3-дикарбонильных соединений (1,3-ДКС), которые являются общепризнанными блоками для формирования молекул различного назначения. Одним из важных аспектов практической значимости производных 1,3-ДКС является их использование в качестве экстрагентов редкоземельных и трансурановых элементов и для экстракционно-фотометрического определения металлов. Металлохелаты 1,3-ДКС применяют в качестве антиоксидантов или присадок для смазок, катализаторов процессов окисления, присоединения и полимеризации, для получения металлических и оксидных покрытий, для введения металла в состав высокотемпературных сверхпроводящих пленок, для создания электролюминесцентных диодов.
Функционализированные производные 1,3-ДКС обусловливают дополнительные возможности для создания новых материалов. Литературные данные свидетельствуют о большом потенциале 2-алкоксиметилиден-1,3-ДКС в синтезе органических молекул разных классов. При этом до настоящего времени подавляющая часть исследований с их участием посвящена синтезу гетероциклических систем. Из открыто-цепных производных наиболее известен ряд 2- аминометилиден-полифторбензоилацетатов как прекурсоров в синтезе антибиотиков фторхинолонового ряда. 2-Аминометилиден-1,3-ДКС (2-АМ-1,3-ДКС) алифатического ряда представлены немногочисленными примерами, при этом их практическая значимость ограничивается комплексообразующими свойствами. Однако варьированием нуклеофильных реагентов, вводимых во взаимодействие с 2-этоксиметилиден-1,3-ДКС (2-ЭМ-1,3-ДКС), можно добиться значительного расширения спектра практически полезных свойств для их производных. Особый интерес представляет создание фторалкилсодержащих 2-АМ-1,3-ДКС, поскольку присутствие атомов фтора изменяет характеристики и свойства органических молекул.
Таким образом, целью работы является разработка методов синтеза новых фунционализированных 2-аминометилиден-1,3-дикарбонильных соединений, изучение их строения, свойств и возможных практических применений.
Научная новизна. Показано, что на основе 2-ЭМ-1,3-ДКС и различных алифатических и (гет)ароматических аминов возможно получение разнообразных функциональных 2-АМ-1,3- ДКС. Установлено общее свойство для всех синтезированных моно- и йис-аминометилиден-1,3- ДКС в твердом виде существовать в виде Е-изомера, а в растворах как смесь 2- и Е-изомеров.
Предложен новый класс реагентов - 2-[(2-аминофенил)аминометилиден]-3- (полифтор)алкил-3-оксопропионатов, в структуре которых содержится свободная аминогруппа ароматического ядра способная к дальнейшим превращениям в мягких условиях. На основании этого найден подход к формированию макроациклических соединений за счёт конденсации амино-содержащих 2-АМ-1,3-ДКС с (ди)альдегидами. При этом в зависимости от симметричности 1,3-дикарбонильного фрагмента исходного субстрата возможно формирование различных по строению лигандов.
Для новых металлокомплексных соединений установлен общий структурный признак, заключающийся в образовании хелатного узла за счет координации иона металла с атомами азота аминного мостика и атомом кислорода ацильного заместителя.
Выявлены особенности превращений 2-ЭМ-1,3-ДКС под действием воды. Установлено, что кипячение 2-этоксиметилиденмалоната в воде приводит к образованию триэтил-1,3,5- бензолтрикарбоксилата, а гидролиз полифторароматических 2-ЭМ-1,3-ДКС даёт 3- этоксикарбонилполифторхромоны.
Практическая значимость работы. Предложены препаративные экологичные способы получения этил-3-гидрокси-3-(2,3,4,5-тетрафторфенил)проп-2-еноата и этил-3-этокси-2-(2,3,4,5- тетрафторбензоил)-проп-2-еноата - ключевых интермедиатов в синтезе препаратов фторхинолонового ряда. Разработан метод синтеза водорастворимых четвертичных аммониевых солей (ЧАС), имеющих енаминокетонный фрагмент, проявивших значительную антикоррозионную активность. Установлено, что присутствие ЧАС в коллоидном растворе снижает степень коагуляции частиц халькогенидов, что позволяет получать их стабильные суспензии в воде. Получена серия туберкулостатически активных 2-АМ-1,3-ДКС. Установлена каталитическая активность медных(11) комплексов саленового типа в реакциях присоединения перфторалкилиодидов к непредельным соединениям. Найдено, что никелевый хиральный металлокомплекс с гептафторпропильными заместителями повышает хемоселективность реакции Ганча и увеличивает выход целевых продуктов.
Апробация работы и публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 статей в научных журналах, 1 статья в сборнике и 12 тезисов докладов. Основные результаты диссертации представлены на молодежных научных школах-конференциях по органической химии (Уфа, 2007; Екатеринбург, 2008, 2011; Иваново, 2009), IV Международной конференции «Высокоспиновые молекулы и молекулярные магнетики» (Екатеринбург, 2008), XXIV Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Санкт-Петербург, 2009), 5-ой Международной конференции по органической химии молодых ученых InterYCOS (Санкт-Петербург, 2009), V Разуваевских чтениях - Международной конференции «Актуальные проблемы органо-металлической и координационной химии» (Нижний Новгород, 2010), 2-ой Международной научной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Железноводск, 2011), Международном Конгрессе по органической химии (Казань, 2011).
Работа выполнена в соответствие с планом работ ИОС им. И.Я. Постовского УрО РАН по теме «Дизайн лигандов и металлокомплексов как основы для создания перспективных материалов для медицины и техники. Изучение их магнитных, оптических, фотофизических, каталитических и других свойств» (№ гос. регистрации 01.2.01 2 52806), при финансовой поддержке УрО РАН (проекты № 12-Т-3-1025, 12-П-3-1020, 12-П-3-1030, 12-М-123-2045, 12-П- 234-2003), РФФИ (гранты № 10-03-96017, 12-03-31135), ведущей научной школы (грант № НШ- 5505.2012.3), Минобрнауки (гос. контракт № 8430).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа общим объемом 192 страницы состоит из введения, литературного обзора, одной главы исследований автора, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 371 ссылку на публикации отечественных и зарубежных авторов, в том числе - на собственные работы автора.
Идентификация продуктов реакций. Строение полученных в работе соединений подтверждено набором физико-химических методов анализа (температура плавления, данные спектроскопии ЯМР 1Н, 19Б, 13С, ИК-спектроскопии, РСА и элементного анализа).
1. Разработаны методы синтеза моно- и бис-2-аминометилиден-1,3-дикарбонильных соединений в результате региоспецифичной конденсации 2-этоксиметилиден-1,3- дикарбонильных соединений с моно- и диаминами. Выявлено, что общей чертой моно- и бис- аминометилиден-3-оксоэфиров является их существование в твёрдом виде в форме Е-изомера, а в растворах - как смеси 2- и Е-изомеров.
2. Варьирование заместителя в метилиденовом фрагменте синтезированных 1,3- дикарбонильных соединений позволило получить новые хелатирующие агенты с различным типом (02-, N02-, N20-, N202-, N30- и N302-) координационного центра, на основе которых синтезирован ряд неизвестных ранее металлокомплексных соединений. Установлено, что хелатообразование происходит региоспецифично по аминометилиден-ацильному фрагменту.
3. Найден эффективный метод модификации 2-[(2-аминофенил)аминометилиден]-3- (полифтор)алкил-3-оксопропионатов в результате конденсации с моно- и диальдегидами, что позволило получить новые лиганды и металлокомплексы саленового типа, а также новые гетероатомные макроациклические соединения. Установлено, что пространственное строение синтезированных макромолекул определяется природой дикарбонильного фрагмента.
4. Обнаружено каталитическое действие медных комплексов саленового типа на реакцию присоединения перфторалкилиодидов к непредельным соединениям и хиральных никелевых комплексов на реакцию получения дигидропиридинов.
5. Показано, что введение четвертичной аммониевой группы в 2-аминометидиден-1,3- дикарбонильные соединения приводит к появлению антикоррозионных и антикоагулятивных свойств.
6. В ряду полученных 2-аминометилиден-1,3-дикарбонильных соединений обнаружены вещества с высокой противотуберкулезной активностью. При этом фторированные производные превосходят по степени активности углеводородные аналоги.
7. Усовершенствованы методы синтеза этил-3-гидрокси-3-(2,3,4,5-тетрафторфенил) проп- 2-еноата и этил-3-этокси-2-(2,3,4,5-тетрафторбензоил)проп-2-еноата - ключевых интермедиатов в синтезе антибиотиков фторхинолонового ряда, а также триэтил-1,3,5-бензолтрикарбоксилата.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
