Помощь студентам в учебе
Хемоселективное и асимметрическое окисление азотсодержащих полифункциональных сульфидов
|
Актуальность работы. Азотсодержащие сульфоксиды используются в качестве экстрагентов благородных металлов из руд, лигандов в асимметрическом синтезе, ингибиторов проявления в современных системах фотопрограммирования, пестицидов. Азотсодержащие гетероциклические сульфоксиды являются основными компонентами многочисленных лекарственных препаратов. Именно среди сульфоксидов имеются противоязвенные препараты, ингибиторы склеивания тромбоцитов, мощные антидепрессанты, имунносупрессоры, активаторы и антагонисты калиевого и кальциевого каналов. Кроме того, сульфоксиды демонстрируют высокую активность против некоторых видов опухолей. Особое внимание привлекает синтез энантиомерно обогащенных и энантиомерно чистых сульфоксидов. Это связано с тем, что один энантиомер может оказывать положительное или нейтральное воздействие на организм, а другой - негативное (Thalidomide),в том числе вызывать летальный исход (Robitussin).
Наиболее привлекательным путем получения энантиомерно обогащенных сульфоксидов является металлокомплексное асимметрическое окисление исходных прохиральных сульфидов. Несмотря на довольно большое число исследований в этой области, механизмы практически всех происходящих процессов остаются неизвестными, а прогнозирование результатов не представляется возможным. Поэтому исследование закономерностей получения индивидуальных изомеров азотсодержащих сульфоксидов является актуальной задачей.
Целью работы являлся синтез и селективное окисление новых азотсодержащих сульфидов, а также получение новых хиральных салициальдиминов и их применение в качестве лигандов в асимметрическом сульфоксидировании.
Научная новизна. Впервые получены и охарактеризованы азотсодержащие сульфиды, сульфоксиды (в т.ч. энантиомерно чистые и энантиомерно обогащенные). Также впервые получены фторированные пиразолсодержащие сульфоксиды. Установлена возможность таутомерии в данных соединениях (результаты рентгеноструктурного анализа новых соединений включены в Кембриджскую базу структурных данных (КБСД)). Установлена зависимость свойств производных имидазола от заместителя при N1-атоме и концентрации. Доказано образование комплекса бензимидазольных производных с модифицированным реагентом Шарплесса при добавлении различных органических оснований. Впервые в хемоселективном и асимметрическом сульфоксидировании некоторых азотсодержащих сульфидов в качестве окислителя был использован диоксид хлора. Синтезированы новые хиральные салицилальдимины на основе доступного 2-амино-1-(4-нитрофенил)пропан-1,3-диола. Установлено, что все полученные основания Шиффа являются анти-изомерами.
Практическая значимость. Подобраны оптимальные условия синтеза азотсодержащих полифункциональных сульфидов. Предложен удобный одностадийный метод получения сульфидов из дисульфидов. Определены оптимальные условия реакций асимметрического окисления сульфидов, связанные с выбором окислителя, металла-комплексообразователя, лиганда, растворителя и условий проведения процесса. Полученные сведения о строении и свойствах производных имидазола являются необходимыми в исследованиях механизма асимметрического окисления подобных субстратов модифицированной системой Шарплесса.
Предложены новые каталитические системы, основанные на использовании впервые полученных хиральных салицилальдиминов в металлокомплексном катализе при асимметрическом окислении азотсодержащих гетероциклических сульфидов.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 3 статьи (2 из них в рецензируемых журналах). Материалы диссертации представлены на 3 международных (Харьков, Украина, 2009; Минск, Беларусь, 2010; Флоренция, Италия, 2010) и 9 российских (Уфа, 2009 (2); Москва, 2009; Суздаль, 2009; С.-Петербург, 2010 (3); Уфа, 2010; Омск, 2010). Диссертация выполнена как часть плановых научно-исследовательских работ, проводимых в ИХ КНЦ УрО РАН по теме: «Органический синтез новых веществ и материалов; получение физиологически активных веществ на основе функциональных производных изопреноидов, липидов и природных порфиринов; асимметрический синтез. Научные основы химии и технологии комплексной переработки растительного сырья» (№ гос. регистр. 01.2.00950779), в рамках проектов по программе ОХНМ-01 (проект 09-Т-3- 1015) и РФФИ (проект 10-03-00969). Работа поддержана Грантом Президента РФ по поддержке ведущих научных школ НШ-4028.2008.3; Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, государственный контракт № 02.740.11.0081 от 15 июня 2009 г. (шифр заявки «2009-1.1-202-019-028»).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы (153 наименований) и приложения. Объем работы 126 страниц машинописного текста, 23 рисунка и 10 таблиц. В первой главе приведен аналитический обзор современных методов асимметрического сульфоксидирования.
Наиболее привлекательным путем получения энантиомерно обогащенных сульфоксидов является металлокомплексное асимметрическое окисление исходных прохиральных сульфидов. Несмотря на довольно большое число исследований в этой области, механизмы практически всех происходящих процессов остаются неизвестными, а прогнозирование результатов не представляется возможным. Поэтому исследование закономерностей получения индивидуальных изомеров азотсодержащих сульфоксидов является актуальной задачей.
Целью работы являлся синтез и селективное окисление новых азотсодержащих сульфидов, а также получение новых хиральных салициальдиминов и их применение в качестве лигандов в асимметрическом сульфоксидировании.
Научная новизна. Впервые получены и охарактеризованы азотсодержащие сульфиды, сульфоксиды (в т.ч. энантиомерно чистые и энантиомерно обогащенные). Также впервые получены фторированные пиразолсодержащие сульфоксиды. Установлена возможность таутомерии в данных соединениях (результаты рентгеноструктурного анализа новых соединений включены в Кембриджскую базу структурных данных (КБСД)). Установлена зависимость свойств производных имидазола от заместителя при N1-атоме и концентрации. Доказано образование комплекса бензимидазольных производных с модифицированным реагентом Шарплесса при добавлении различных органических оснований. Впервые в хемоселективном и асимметрическом сульфоксидировании некоторых азотсодержащих сульфидов в качестве окислителя был использован диоксид хлора. Синтезированы новые хиральные салицилальдимины на основе доступного 2-амино-1-(4-нитрофенил)пропан-1,3-диола. Установлено, что все полученные основания Шиффа являются анти-изомерами.
Практическая значимость. Подобраны оптимальные условия синтеза азотсодержащих полифункциональных сульфидов. Предложен удобный одностадийный метод получения сульфидов из дисульфидов. Определены оптимальные условия реакций асимметрического окисления сульфидов, связанные с выбором окислителя, металла-комплексообразователя, лиганда, растворителя и условий проведения процесса. Полученные сведения о строении и свойствах производных имидазола являются необходимыми в исследованиях механизма асимметрического окисления подобных субстратов модифицированной системой Шарплесса.
Предложены новые каталитические системы, основанные на использовании впервые полученных хиральных салицилальдиминов в металлокомплексном катализе при асимметрическом окислении азотсодержащих гетероциклических сульфидов.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 3 статьи (2 из них в рецензируемых журналах). Материалы диссертации представлены на 3 международных (Харьков, Украина, 2009; Минск, Беларусь, 2010; Флоренция, Италия, 2010) и 9 российских (Уфа, 2009 (2); Москва, 2009; Суздаль, 2009; С.-Петербург, 2010 (3); Уфа, 2010; Омск, 2010). Диссертация выполнена как часть плановых научно-исследовательских работ, проводимых в ИХ КНЦ УрО РАН по теме: «Органический синтез новых веществ и материалов; получение физиологически активных веществ на основе функциональных производных изопреноидов, липидов и природных порфиринов; асимметрический синтез. Научные основы химии и технологии комплексной переработки растительного сырья» (№ гос. регистр. 01.2.00950779), в рамках проектов по программе ОХНМ-01 (проект 09-Т-3- 1015) и РФФИ (проект 10-03-00969). Работа поддержана Грантом Президента РФ по поддержке ведущих научных школ НШ-4028.2008.3; Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, государственный контракт № 02.740.11.0081 от 15 июня 2009 г. (шифр заявки «2009-1.1-202-019-028»).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы (153 наименований) и приложения. Объем работы 126 страниц машинописного текста, 23 рисунка и 10 таблиц. В первой главе приведен аналитический обзор современных методов асимметрического сульфоксидирования.
1. Впервые получены азотсодержащие сульфиды взаимодействием соответствующих тиолов с алкилиодидами. Предложен одностадийный способ получения сульфидов из дисульфидов.
2. Установлено, что в результате хемоселективного окисления азотсодержащих сульфидов т-СРВА и диоксидом хлора образуются сульфоксиды с выходами 38-89%. Показано, что окисление протекает хемоселективно без образования хлорированных продуктов.
3. Найдены новые каталитические системы на основе комплексов ванадия и титана с впервые полученными Шиффовыми основаниями, позволяющие получать азотсодержащие гетероциклические сульфоксиды с ее до 49.4%. Методом ЯМР-спектрометрии доказано, что полученные салицилальдимины являются анти-изомерами.
4. Проведено асимметрическое сульфоксидирование азотсодержащих сульфидов в соответствующие энантиомерно обогащенные и энантиомерно чистые сульфоксиды с выходами 63-96%.
5. Подобраны оптимальные модификации системы Шарплесса для асимметрического сульфоксидирования имидазолсодержащих субстратов (двукратный избыток ДИЭА по отношению к Т1(О-/Рг)4 и ведение реакции в толуоле).
6. Методом УФ-спектроскопии впервые показано, что введение амина в модифицированную систему Шарплесса приводит к существенному изменению электронного строения каталитического комплекса.
7. Установлено, что в растворах имидазолсодержащих субстратов происходит межмолекулярный обмен протонами, интенсивность которого зависит от концентрации.
2. Установлено, что в результате хемоселективного окисления азотсодержащих сульфидов т-СРВА и диоксидом хлора образуются сульфоксиды с выходами 38-89%. Показано, что окисление протекает хемоселективно без образования хлорированных продуктов.
3. Найдены новые каталитические системы на основе комплексов ванадия и титана с впервые полученными Шиффовыми основаниями, позволяющие получать азотсодержащие гетероциклические сульфоксиды с ее до 49.4%. Методом ЯМР-спектрометрии доказано, что полученные салицилальдимины являются анти-изомерами.
4. Проведено асимметрическое сульфоксидирование азотсодержащих сульфидов в соответствующие энантиомерно обогащенные и энантиомерно чистые сульфоксиды с выходами 63-96%.
5. Подобраны оптимальные модификации системы Шарплесса для асимметрического сульфоксидирования имидазолсодержащих субстратов (двукратный избыток ДИЭА по отношению к Т1(О-/Рг)4 и ведение реакции в толуоле).
6. Методом УФ-спектроскопии впервые показано, что введение амина в модифицированную систему Шарплесса приводит к существенному изменению электронного строения каталитического комплекса.
7. Установлено, что в растворах имидазолсодержащих субстратов происходит межмолекулярный обмен протонами, интенсивность которого зависит от концентрации.