Актуальность работы. Важнейшей задачей органической химии является разработка новых методов синтеза органических соединений. В арсенал синтетических методов прочно вошли молекулярные перегруппировки гетероциклов, протекающие с глубокой перестройкой скелета молекулы и приводящие к образованию новых углерод-углерод, углерод-гетероатом связей продуктов реакции. Классическими и наиболее известными примерами перегруппировок в химии гетероциклов являются реакции Хафнера, Димрота, Боултона-Катрицкого, Корнфорта и пирилиевых солей.
Электрофильные свойства пиридинового ядра, которые существенно усиливаются наличием акцепторных заместителей в ядре и алкилированием пиридинового атома азота, обеспечивают возможность присоединения нуклеофилов с последующим гетеролитическим раскрытием кольца по связи углерод-азот. Образующийся при этом ациклический интермедиат способен замыкаться в новый карбо- или гетероцикл. Принципиальная возможность этих превращений была установлена в 80-х годах прошлого столетия в лаборатории азотистых оснований МГУ им. М.В. Ломоносова , руководимой профессором А. Н. Костом.
К моменту настоящего исследования были предсказаны и экспериментально реализованы рециклизации солей пиридиния в анилины, йодметилата 2-бензилпиридиния в 2-аминобифенил, йодметилата никотирина в 1-метил-7-формилиндол, солей 3-(индолил-2)-пиридиния в замещенные 1-формилкарбазолы.
Данная работа является развитием фундаментальных исследований химии пиридиниевых солей и направлена на изучение синтетического потенциала перегруппировок солей нитропиридиния.
Цель работы. Исследование рециклизации нитропиридиниевых солей в карбо- и гетероциклические соединения, влияния структурных факторов и условий реакции на направление рециклизации.
Научная новизна.
• Разработан однореакторный метод синтеза функционально замещенных 5-нитропиридинов трехкомпонентной циклоконденсацией нитроацетона (нитроацетофенона) и этилортоформиата с различными енаминами.
• Рециклизацией 5-нитропиридиниевых солей синтезированы функционально замещенные о- и и-нитроанилины.
• Впервые исследована реакция 4-нитропиридиниевых солей с О- и
И-нуклеофилами, установлена структура продуктов нуклеофильного мисо-замещения нитрогруппы ядра пиридина.
• Разработан новый подход к синтезу нитробифенилов перегруппировкой четвертичных солей 5-нитро-6- фенилпиридиния.
• Обнаружена возможность однореакторного синтеза замещенных 5-нитробензимидазолов реакцией солей 3-бензоиламино-5- нитропиридиния под действием водно-спиртового раствора гидроксида натрия.
• Обнаружен новый подход к синтезу замещенных 4- нитропирролов рециклизацией солей 3-бензоиламино-5- нитропиридиния в среде спиртового раствора метиламина.
• Рециклизацией соли 5-нитро-3,6-дифенилпиридиния впервые получен н-терфенил.
Практическая значимость работы. Разработан препаративный метод синтеза нитропиридинов циклоконденсацией нитрокетонов, этилортоформиата с различными енаминами. Результаты работы могут быть использованы при планировании целенаправленного синтеза функционально замещенных о- и н-нитроанилинов, нитробифенилов, нитробензимидазолов, нитропирролов, так как выявленные закономерности рециклизации нитропиридиниевых солей позволяют прогнозировать направление рециклизации.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на Всероссийской научной конференции «Современные проблемы органической химии», посвященной 100- летию со дня рождения академика Н. Н. Ворожцова (Новосибирск, 2007), X Молодежной конференции по органической химии (Уфа, 2007), XI Молодежной конференции по органической химии, посвященной 110-летию со дня рождения И. Я. Постовского (Екатеринбург, 2008), III Международная конференция «Химия гетероциклических соединений», посвященная 95- летию со дня рождения профессора А. Н. Коста (Москва, 2010).
Публикации. По материалам работы опубликовано 8 статей в российских и международных журналах и 6 тезисов докладов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 07-03-00783).
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 204 страницах и состоит из введения, литературного обзора, посвященного методам синтеза нитропирролов, обсуждения полученных результатов, экспериментальной части и заключения; содержит 51 таблицу, 11 рисунков, список цитируемой литературы включает 256 наименований.
Автор защищает новые методы синтеза нитропиридинов, нитробифенилов, нара-терфенилов, нитропирролов, нитробензимидазолов и строение впервые полученных соединений.
1. Разработан препаративный однореакторный метод синтеза замещенных 5-нитро-(3,5-динитро-)пиридинов циклоконденсацией нитрокетонов и этилортоформиата с различными енаминами.
2. Разработан препаративный метод синтеза функционально замещенных пиридинов циклоконденсацией ацетил- и бензоилпируватов с различными енаминами.
3. Определены новые синтетические возможности рециклизации нитропиридиниевых солей в анилины. Перегруппировкой 3-(5)- нитропиридиниевых солей, полученных N-алкилированием доступных пиридинов, получен ряд функционально замещенных орто- и иара- нитроанилинов. Мета-нитроанилины не могут быть получены рециклизацией солей 4-нитропиридиния.
4. Разработан метод синтеза замещенных нитробифенилов перегруппировкой 5-нитро-6-фенилпиридиниевых солей.
5. Предсказана и экспериментально реализована рециклизация четвертичной соли 3,6-дифенил5-нитропиридиния в пара-терфенил.
6. Обнаружена возможность однореакторного синтеза нитробензимидазолов реакцией солей 3-бензоиламино-5-нитропиридиния с водно-спиртовым раствором гидроксида натрия.
7. Найдены условия (комнатная температура) и реагент (спиртовый раствор метиламина) рециклизации солей 3-бензоиламино-5- нитропиридиния в функционально замещенные нитропирролы.
8. Выявлены основные структурные факторы и условия, влияющие на направление изомеризационной рециклизации нитропиридиниевых солей в карбо- (анилины, бифенилы, м- и n-терфенилы) и гетероциклические соединения (пирролы, бензимидазолы).
