3-НИТРО-2-ТРИФТОР(ТРИХЛОР)МЕТИЛ-2Н-ХРОМЕНЫ: СИНТЕЗ, РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ И ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
|
Актуальность работы и степень разработанности темы исследования
3-Нитро-2/-хромены (3-нитро-2/-1-бензопираны) являются важными кислородсодержащими гетероциклами, которые благодаря своей доступности и высокой реакционной способности интенсивно изучаются в последние годы. Повышенное внимание к этому классу соединений обусловлено и тем, что многие производные хромена и хромана (3,4-дигидро-2/-1-бензопирана) широко распространены в растительном мире и зарекомендовали себя в качестве пестицидов и перспективных медицинских препаратов. Поэтому интерес, проявляемый к 3-нитро-2//-роменам как исходным субстратам для получения более сложных биологически активных молекул, вполне з а- кономерен.
Химические свойства 3-нитро-2/-хроменовой системы в первую очередь определяются наличием фрагмента Р-нитростирола, однако и заместитель в положении 2, несмотря на то, что он связан с 8р3-гибридизованным углеродным атомом, способен оказывать существенное влияние на скорость и направление некоторых реакций. Замена атома водорода Н(2) на более объемную трифтор(трихлор)метильную группу с ярко выраженным отрицательным индуктивным эффектом будет способствовать не только увеличению электрофильности атома С(4), но и повышению стереоселективности таких процессов, как нуклеофильное присоединение и циклоприсоединение по активированной нитрогруппой связи С=С.
С другой стороны, введение трифтор- и трихлорметильной группы в молекулы природных и синтетических соединений зачастую приводит к появлению у них новых полезных свойств. Со-гласно последним опубликованным данным 30% из всех известных фармацевтических препаратов содержат атом фтора или фторалкильную группу. Учитывая вышесказанное, работы, направленные на расширение синтетических возможностей хроменовой системы в целом, представляются актуальными и перспективными для дальнейших изысканий в области частично галогенированных кислородсодержащих гетероциклов и поиска новых биоактивных молекул.
До начала исследований, представленных в настоящей работе, сведения о методах получения и свойствах 2-галогенметилзамещенных 3-нитро-2/-хроменов в литературе отсутствовали. Поэтому введение трифтор(трихлор)метильной группы в положение 2 3-нитро-2/-хроменовой системы и исследование химических свойств этих новых СХ3-содержащих гетероциклов в сравнении с негалогенированными аналогами является актуальной задачей. В настоящей работе в качестве таких объектов для сравнения выступали доступные 3-нитро-2-фенил-2/-хромены с различными заместителями в 6-ом положении.
Принимая во внимание тот факт, что многие конденсированные производные хромена и хромана встречаются в природе или представляют собой синтетические биологически активные соединения, изучение реакционной способности 3-нитро-2-тригалогенметил-2/-хроменов было ориентировано на поиск методов А3-аннелирования 2-тригалогенметил-2/-хроменовой системы карбо- или гетероциклом. С учетом специфики объектов исследования и современных принципов органического синтеза, приоритетными являлись методы, базирующиеся на стереоселективных и атом-экономных реакциях нуклеофильного присоединения и циклоприсоединения. Высокая ре- гио- и стереоселективность таких процессов делает их незаменимым инструментом в синтезе сложных гетероциклических молекул с несколькими хиральными центрами из относительно простых и коммерчески доступных предшественников. В частности, енамины кетонов и дикарбонильных соединений, 2-(1-фенилалкилиден)малононитрилы и 1-алкил-3,4-дигидроизохинолины, а также азометинилиды, которые легко генерируются in situиз Л-алкил-а-аминокислот и карбонильных соединений, представляют собой уникальные реагенты для получения аннелированных пяти- или шестичленным циклом производных хромана.
Цель работы состояла в разработке методов синтеза и исследовании синтетического потенциала новых представителей 3-нитро-2Я-хроменов, содержащих трифтор(трихлор)метильную группу в положении 2. Достижение поставленной цели включало следующие задачи:
1. Разработка методов синтеза 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов.
2. Исследование взаимодействия 2-тригалогенметилзамещенных 3-нитро-2#-хроменов с нуклеофильными реагентами.
3. Изучение процессов циклоприсоединения с участием 3 -нитро-2-трифтор(трихлор)метил- 2^-хроменов.
4. Разработка методов Л3-аннелирования 2-тригалогенметил-2#-хроменовой системы карбо- или гетероциклом.
Научная новизна и теоретическая значимость работы
Получены сведения о методах синтеза и реакционной способности новых 3-нитро-2- трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов.
Изучено взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов с нуклеофильными реагентами, амбифилами и 1,3-диполями; выявлены особенности химических свойств данного класса соединений, обусловленные наличием тригалогенметильной группы в положении 2.
Изучены стереоселективные реакции 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов с ароматическими аминами и гидразингидратом. Установлено, что взаимодействие 2-СС13-хроменов с гидразингидратом в мягких условиях сопровождается рециклизацией пиранового цикла с образованием Л-незамещенных пиразолидинов и является первым примером раскрытия пиранового цикла в ряду 3-нитро-2^-хроменов под действием динуклеофила.
Впервые исследовано присоединение к 2-замещенным 3-нитро-2#-хроменам натриевых со-лей ацетилацетона и ацетоуксусного эфира. На базе этой стереоселективной реакции разработан метод синтеза транс,транс-изомеров 4-(пиразол-4-ил)хроманов.
Исследовано взаимодействие 3-нитро-2-трифторметил-2^-хроменов с 2-(1-фенилалкили- ден)малононитрилами. Обнаружена и изучена стереоселективная 1,5-миграция нитрогруппы в ряду 7-амино-10-метил-6а-нитро-9-фенил-6-трифторметил-6а,10а-дигидро-6^-бензо[с]хромен-8-кар- бонитрилов.
Изучено взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов с енаминами кето-нов и 1,3-дикарбонильных соединений. Установлены факторы, контролирующие структуру и сте-реохимию образующихся продуктов.
Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду транс,транс- и цис,цис-изомеров 2,3,4- тризамещенных хроманов с экваториальным расположением заместителя при атоме С(4), обусловленная затрудненным вращением вокруг связи CSp3-CSp2.
Впервые исследовано взаимодействие 2-замещенных 3-нитро-2#-хроменов с 1-алкил-3,4- дигидроизохинолинами и установлено, что присоединение этих 1,3-динуклеофилов к 2-CF3- нитрохроменам при нагревании сопровождается внутримолекулярной циклизацией, ведущей к образованию 6-трифторметил-8,9-дигидрохромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов с пентациклическим скелетом ламелларинов.
Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду 14-арил-6-трифторметил-8,9-дигидро- хромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов, вызванная затрудненным вращением вокруг связи Csp2-Csp2, произведена количественная оценка барьера вращения.
Изучено регио- и стереоселективное [4+2]- и [3+2]-циклоприсоединение по активированной двойной связи 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов эфиров енолов, азида натрия и азометинилидов.
Практическая значимость работы
Разработаны методы синтеза 2-трифтор(трихлор)метилзамещенных 3-нитро-2//-хроменов тандемной конденсацией салициловых альдегидов или их А-незамещенных иминов с (£)-1-нитро- 3,3,3-трифтор(трихлор)пропенами.
Предложен одностадийный способ получения труднодоступных А-незамещенных т^анс,транс-3-арил-4-нитро-5-трихлорметилпиразолидинов из 3-нитро-2-трихлорметил-2Я-хроменов и гидразингидрата.
Разработан метод прямого А3-бензоаннелирования 2-трифторметил-2//-хроменовой системы, базирующийся на домино-реакции 3-нитро-2-трифторметил-2#-хроменов с 2-(1-фенилалкили- ден)малононитрилами в присутствии триэтиламина.
Разработаны стереоселективные методы получения 2,3,4-тризамещенных хроманов, содержащих одну или две карбонильные группы в боковой цепи в положении 4. На ряде репрезентативных примеров продемонстрировано использование этих хроманов в синтезе 5-трифторметил-5Я- хромено[3,4-й]пиридинов и индивидуальных диастереомеров 4-тригалогенметил-2-фенилхромено[3,4-й]пирролин-3-оксидов.
Предложен простой и эффективный метод синтеза 6-трифторметил-8,9-дигидрохроме- но[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов с пентациклическим скелетом ламелларинов из 3-нитро-2- трифторметил-2#-хроменов и 1-алкил-3,4-дигидроизохинолинов.
На основе регио- и стереоселективных реакций [3+2]- и [4+2]-циклоприсоединения разработаны методы прямого А3-аннелирования 3-нитро-2-тригалогенметил-2#-хроменов пяти- и шести-членным гетероциклом.
Методология и методы исследования
Установление структуры и степени чистоты полученных соединений осуществлено с использованием спектроскопии ЯМР 1Н, 13С, 19F, 15N, двумерных гомо- и гетероядерных корреляций, масс-спектрометрии, элементного анализа, хроматографии и РСА. Атропоизомерия в ряду 2,3,4- тризамещенных хроманов и 14-арил-8,9-дигидро-6#-хромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов изучена методами динамической спектроскопии ЯМР. Исследование 1,5-сигматропной миграции нитрогруппы выполнено с применением квантово-химических расчетов.
Степень достоверности и апробация результатов. Все результаты получены на сертифицированном оборудовании и согласуются с опубликованными экспериментальными данными по теме диссертации. Результаты работы представлены и обсуждены в рамках Молодежных школ по органической химии (Казань, 2005; Екатеринбург, 2008); International symposium on fluorine chem-istry (Шанхай, 2005); Всероссийской конференции "Химия фтора" (Москва, 2006); Всероссийской конференции "Техническая химия" (Пермь, 2006, 2010, 2012); Российской молодежной научной конференции "Проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Екатеринбург, 2007-2009, 2011-2016); European Symposium on Fluorine Chemistry (Прага, 2007); Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов "Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах" (Анапа, 2008); Международной конференции "Новые направления в химии гетероциклических соединений" (Пятигорск, 2013); Научно-технической конференции "Химия в федеральных университетах" (Екатеринбург, 2014); Международной научной конференции "Теоретическая и экспериментальная химия глазами молодежи" (Иркутск, 2015); Всероссийской юбилейной конференции с международным участием, посвященной 100-летию Пермского университета "Современные достижения химических наук" (Пермь, 2016); International Conference on Pharmaceutical Chemistry (Барселона, 2017); Всероссийской конференции с международным участием "Енамины в органическом синтезе" (Пермь, 2017).
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках госзадания (проект 4.733.2014/К) и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 04-03-32463, 06-03-04004-ННИ0, 11-03-00126, 14-03-00179).
Положения, выносимые на защиту:
1. Методы синтеза 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов.
2. Взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов с нуклеофильными реа-гентами.
3. Реакции [3+2]- и [4+2]-циклоприсоединения с участием 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов.
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в выборе объектов исследования, определении основных целей работы и путей их реализации, проведении экспериментов, обработке и интерпретации результатов. Все выводы, сделанные в работе, базируются на данных, полученных автором лично или при его непосредственном участии.
В ходе выполнения научных исследований под руководством автора был защищен ряд дипломных проектов, бакалаврских и магистерских диссертаций.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в виде 1 обзора и 27 статей в рецензируемых научных изданиях, а также представлено в виде 9 статей и 24 тезисов докладов на научных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 396 страницах, состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 289 наименований. Работа содержит 43 таблицы и 55 рисунков.
Благодарности
Автор выражает благодарность и признательность своему учителю и научному консультанту, д.х.н., профессору Сосновских В.Я. за постоянное внимание, поддержку и всестороннее содействие в выполнении работы; своим коллегам по кафедре за ценные советы, помощь и поддержку; своим соавторам за плодотворное сотрудничество; сотрудникам ЦКП "Спектроскопия и анализ органических соединений" Института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН и ЦКП УрФУ за проведение физико-химических исследований; сотрудникам Института технической химии (г. Пермь) за тесное и плодотворное сотрудничество; сотрудникам Института органической химии и технологии (г. Краков, Польша) и Центра технологии и развития (г. Тарнов, Польша) за проведение квантово-химических расчетов.
3-Нитро-2/-хромены (3-нитро-2/-1-бензопираны) являются важными кислородсодержащими гетероциклами, которые благодаря своей доступности и высокой реакционной способности интенсивно изучаются в последние годы. Повышенное внимание к этому классу соединений обусловлено и тем, что многие производные хромена и хромана (3,4-дигидро-2/-1-бензопирана) широко распространены в растительном мире и зарекомендовали себя в качестве пестицидов и перспективных медицинских препаратов. Поэтому интерес, проявляемый к 3-нитро-2//-роменам как исходным субстратам для получения более сложных биологически активных молекул, вполне з а- кономерен.
Химические свойства 3-нитро-2/-хроменовой системы в первую очередь определяются наличием фрагмента Р-нитростирола, однако и заместитель в положении 2, несмотря на то, что он связан с 8р3-гибридизованным углеродным атомом, способен оказывать существенное влияние на скорость и направление некоторых реакций. Замена атома водорода Н(2) на более объемную трифтор(трихлор)метильную группу с ярко выраженным отрицательным индуктивным эффектом будет способствовать не только увеличению электрофильности атома С(4), но и повышению стереоселективности таких процессов, как нуклеофильное присоединение и циклоприсоединение по активированной нитрогруппой связи С=С.
С другой стороны, введение трифтор- и трихлорметильной группы в молекулы природных и синтетических соединений зачастую приводит к появлению у них новых полезных свойств. Со-гласно последним опубликованным данным 30% из всех известных фармацевтических препаратов содержат атом фтора или фторалкильную группу. Учитывая вышесказанное, работы, направленные на расширение синтетических возможностей хроменовой системы в целом, представляются актуальными и перспективными для дальнейших изысканий в области частично галогенированных кислородсодержащих гетероциклов и поиска новых биоактивных молекул.
До начала исследований, представленных в настоящей работе, сведения о методах получения и свойствах 2-галогенметилзамещенных 3-нитро-2/-хроменов в литературе отсутствовали. Поэтому введение трифтор(трихлор)метильной группы в положение 2 3-нитро-2/-хроменовой системы и исследование химических свойств этих новых СХ3-содержащих гетероциклов в сравнении с негалогенированными аналогами является актуальной задачей. В настоящей работе в качестве таких объектов для сравнения выступали доступные 3-нитро-2-фенил-2/-хромены с различными заместителями в 6-ом положении.
Принимая во внимание тот факт, что многие конденсированные производные хромена и хромана встречаются в природе или представляют собой синтетические биологически активные соединения, изучение реакционной способности 3-нитро-2-тригалогенметил-2/-хроменов было ориентировано на поиск методов А3-аннелирования 2-тригалогенметил-2/-хроменовой системы карбо- или гетероциклом. С учетом специфики объектов исследования и современных принципов органического синтеза, приоритетными являлись методы, базирующиеся на стереоселективных и атом-экономных реакциях нуклеофильного присоединения и циклоприсоединения. Высокая ре- гио- и стереоселективность таких процессов делает их незаменимым инструментом в синтезе сложных гетероциклических молекул с несколькими хиральными центрами из относительно простых и коммерчески доступных предшественников. В частности, енамины кетонов и дикарбонильных соединений, 2-(1-фенилалкилиден)малононитрилы и 1-алкил-3,4-дигидроизохинолины, а также азометинилиды, которые легко генерируются in situиз Л-алкил-а-аминокислот и карбонильных соединений, представляют собой уникальные реагенты для получения аннелированных пяти- или шестичленным циклом производных хромана.
Цель работы состояла в разработке методов синтеза и исследовании синтетического потенциала новых представителей 3-нитро-2Я-хроменов, содержащих трифтор(трихлор)метильную группу в положении 2. Достижение поставленной цели включало следующие задачи:
1. Разработка методов синтеза 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов.
2. Исследование взаимодействия 2-тригалогенметилзамещенных 3-нитро-2#-хроменов с нуклеофильными реагентами.
3. Изучение процессов циклоприсоединения с участием 3 -нитро-2-трифтор(трихлор)метил- 2^-хроменов.
4. Разработка методов Л3-аннелирования 2-тригалогенметил-2#-хроменовой системы карбо- или гетероциклом.
Научная новизна и теоретическая значимость работы
Получены сведения о методах синтеза и реакционной способности новых 3-нитро-2- трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов.
Изучено взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов с нуклеофильными реагентами, амбифилами и 1,3-диполями; выявлены особенности химических свойств данного класса соединений, обусловленные наличием тригалогенметильной группы в положении 2.
Изучены стереоселективные реакции 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов с ароматическими аминами и гидразингидратом. Установлено, что взаимодействие 2-СС13-хроменов с гидразингидратом в мягких условиях сопровождается рециклизацией пиранового цикла с образованием Л-незамещенных пиразолидинов и является первым примером раскрытия пиранового цикла в ряду 3-нитро-2^-хроменов под действием динуклеофила.
Впервые исследовано присоединение к 2-замещенным 3-нитро-2#-хроменам натриевых со-лей ацетилацетона и ацетоуксусного эфира. На базе этой стереоселективной реакции разработан метод синтеза транс,транс-изомеров 4-(пиразол-4-ил)хроманов.
Исследовано взаимодействие 3-нитро-2-трифторметил-2^-хроменов с 2-(1-фенилалкили- ден)малононитрилами. Обнаружена и изучена стереоселективная 1,5-миграция нитрогруппы в ряду 7-амино-10-метил-6а-нитро-9-фенил-6-трифторметил-6а,10а-дигидро-6^-бензо[с]хромен-8-кар- бонитрилов.
Изучено взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов с енаминами кето-нов и 1,3-дикарбонильных соединений. Установлены факторы, контролирующие структуру и сте-реохимию образующихся продуктов.
Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду транс,транс- и цис,цис-изомеров 2,3,4- тризамещенных хроманов с экваториальным расположением заместителя при атоме С(4), обусловленная затрудненным вращением вокруг связи CSp3-CSp2.
Впервые исследовано взаимодействие 2-замещенных 3-нитро-2#-хроменов с 1-алкил-3,4- дигидроизохинолинами и установлено, что присоединение этих 1,3-динуклеофилов к 2-CF3- нитрохроменам при нагревании сопровождается внутримолекулярной циклизацией, ведущей к образованию 6-трифторметил-8,9-дигидрохромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов с пентациклическим скелетом ламелларинов.
Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду 14-арил-6-трифторметил-8,9-дигидро- хромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов, вызванная затрудненным вращением вокруг связи Csp2-Csp2, произведена количественная оценка барьера вращения.
Изучено регио- и стереоселективное [4+2]- и [3+2]-циклоприсоединение по активированной двойной связи 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов эфиров енолов, азида натрия и азометинилидов.
Практическая значимость работы
Разработаны методы синтеза 2-трифтор(трихлор)метилзамещенных 3-нитро-2//-хроменов тандемной конденсацией салициловых альдегидов или их А-незамещенных иминов с (£)-1-нитро- 3,3,3-трифтор(трихлор)пропенами.
Предложен одностадийный способ получения труднодоступных А-незамещенных т^анс,транс-3-арил-4-нитро-5-трихлорметилпиразолидинов из 3-нитро-2-трихлорметил-2Я-хроменов и гидразингидрата.
Разработан метод прямого А3-бензоаннелирования 2-трифторметил-2//-хроменовой системы, базирующийся на домино-реакции 3-нитро-2-трифторметил-2#-хроменов с 2-(1-фенилалкили- ден)малононитрилами в присутствии триэтиламина.
Разработаны стереоселективные методы получения 2,3,4-тризамещенных хроманов, содержащих одну или две карбонильные группы в боковой цепи в положении 4. На ряде репрезентативных примеров продемонстрировано использование этих хроманов в синтезе 5-трифторметил-5Я- хромено[3,4-й]пиридинов и индивидуальных диастереомеров 4-тригалогенметил-2-фенилхромено[3,4-й]пирролин-3-оксидов.
Предложен простой и эффективный метод синтеза 6-трифторметил-8,9-дигидрохроме- но[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов с пентациклическим скелетом ламелларинов из 3-нитро-2- трифторметил-2#-хроменов и 1-алкил-3,4-дигидроизохинолинов.
На основе регио- и стереоселективных реакций [3+2]- и [4+2]-циклоприсоединения разработаны методы прямого А3-аннелирования 3-нитро-2-тригалогенметил-2#-хроменов пяти- и шести-членным гетероциклом.
Методология и методы исследования
Установление структуры и степени чистоты полученных соединений осуществлено с использованием спектроскопии ЯМР 1Н, 13С, 19F, 15N, двумерных гомо- и гетероядерных корреляций, масс-спектрометрии, элементного анализа, хроматографии и РСА. Атропоизомерия в ряду 2,3,4- тризамещенных хроманов и 14-арил-8,9-дигидро-6#-хромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов изучена методами динамической спектроскопии ЯМР. Исследование 1,5-сигматропной миграции нитрогруппы выполнено с применением квантово-химических расчетов.
Степень достоверности и апробация результатов. Все результаты получены на сертифицированном оборудовании и согласуются с опубликованными экспериментальными данными по теме диссертации. Результаты работы представлены и обсуждены в рамках Молодежных школ по органической химии (Казань, 2005; Екатеринбург, 2008); International symposium on fluorine chem-istry (Шанхай, 2005); Всероссийской конференции "Химия фтора" (Москва, 2006); Всероссийской конференции "Техническая химия" (Пермь, 2006, 2010, 2012); Российской молодежной научной конференции "Проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Екатеринбург, 2007-2009, 2011-2016); European Symposium on Fluorine Chemistry (Прага, 2007); Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов "Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах" (Анапа, 2008); Международной конференции "Новые направления в химии гетероциклических соединений" (Пятигорск, 2013); Научно-технической конференции "Химия в федеральных университетах" (Екатеринбург, 2014); Международной научной конференции "Теоретическая и экспериментальная химия глазами молодежи" (Иркутск, 2015); Всероссийской юбилейной конференции с международным участием, посвященной 100-летию Пермского университета "Современные достижения химических наук" (Пермь, 2016); International Conference on Pharmaceutical Chemistry (Барселона, 2017); Всероссийской конференции с международным участием "Енамины в органическом синтезе" (Пермь, 2017).
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках госзадания (проект 4.733.2014/К) и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 04-03-32463, 06-03-04004-ННИ0, 11-03-00126, 14-03-00179).
Положения, выносимые на защиту:
1. Методы синтеза 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов.
2. Взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов с нуклеофильными реа-гентами.
3. Реакции [3+2]- и [4+2]-циклоприсоединения с участием 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов.
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в выборе объектов исследования, определении основных целей работы и путей их реализации, проведении экспериментов, обработке и интерпретации результатов. Все выводы, сделанные в работе, базируются на данных, полученных автором лично или при его непосредственном участии.
В ходе выполнения научных исследований под руководством автора был защищен ряд дипломных проектов, бакалаврских и магистерских диссертаций.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в виде 1 обзора и 27 статей в рецензируемых научных изданиях, а также представлено в виде 9 статей и 24 тезисов докладов на научных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 396 страницах, состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 289 наименований. Работа содержит 43 таблицы и 55 рисунков.
Благодарности
Автор выражает благодарность и признательность своему учителю и научному консультанту, д.х.н., профессору Сосновских В.Я. за постоянное внимание, поддержку и всестороннее содействие в выполнении работы; своим коллегам по кафедре за ценные советы, помощь и поддержку; своим соавторам за плодотворное сотрудничество; сотрудникам ЦКП "Спектроскопия и анализ органических соединений" Института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН и ЦКП УрФУ за проведение физико-химических исследований; сотрудникам Института технической химии (г. Пермь) за тесное и плодотворное сотрудничество; сотрудникам Института органической химии и технологии (г. Краков, Польша) и Центра технологии и развития (г. Тарнов, Польша) за проведение квантово-химических расчетов.
1. Разработаны методы синтеза 2-трифтор(трихлор)метилзамещенных 3-нитро-2^-хроменов тандемной конденсацией салициловых альдегидов или их А-незамещенных иминов с (Е)-1- нитро-3,3,3-трифтор(трихлор)пропенами.
2. Установлено, что взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов с меркап-танами приводит к образованию четырех стереоизомеров с транс,транс-, транс,цис-, цис,транс- и цис,цис-конфигурациями при связях С(2)-С(3) и С(3)-С(4) соответственно. При тщательном анализе величин КССВ в спектрах ЯМР 1Н полученных продуктов установлены четыре группы констант .Л3 и ./3_3, каждая из которых характеризует определенную диастереомерную форму.
3. Изучены стереоселективные реакции 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов с ароматическими аминами и гидразингидратом. Установлено, что взаимодействие 2-СС13- хроменов с гидразингидратом сопровождается рециклизацией пиранового цикла с образованием труднодоступных У-незамещенных пиразолидинов и является первым примером раскрытия пиранового цикла в ряду 3-нитро-2#-хроменов под действием динуклеофила.
4. Впервые исследовано присоединение к 2-замещенным 3-нитро-2#-хроменам натриевых солей ацетилацетона и ацетоуксусного эфира. На базе этой стереоселективной реакции разработан метод синтеза транс,транс-изомеров 4-(пиразол-4-ил)хроманов.
5. Исследовано взаимодействие 3-нитро-2-трифторметил-2#-хроменов с 2-(1-фенилалкили- ден)малононитрилами. На основе этой домино-реакции разработан метод прямого А3-бензо- аннелирования 2-трифторметил-2#-хроменовой системы. Обнаружена и изучена стереоселективная 1,5-миграция нитрогруппы в ряду 7-амино-10-метил-6а-нитро-9-фенил-6-трифторме- тил-6а,10а-дигидро-6#-бензо[с]хромен-8-карбонитрилов.
6. Изучено взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов с енаминами кето-нов и 1,3-дикарбонильных соединений. Установлены факторы, контролирующие структуру и стереохимию образующихся продуктов. Разработаны стереоселективные методы получения 2,3,4-тризамещенных хроманов, содержащих одну или две карбонильные группы в боковой цепи в положении 4. На ряде репрезентативных примеров продемонстрировано использование этих хроманов в синтезе 5-трифторметил-5#-хромено[3,4-й]пиридинов и индивидуальных диастереомеров 4-тригалогенметил-2-фенилхромено[3,4-й]пирролин-3-оксидов.
7. Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду транс,транс- и цис,цис-изомеров 2,3,4- тризамещенных хроманов с экваториальным расположением заместителя при атоме С(4), обусловленная затрудненным вращением вокруг связи С8р3-С8р2.
8. Впервые изучено взаимодействие 2-замещенных 3-нитро-2#-хроменов с 1-алкил-3,4-дигидро- изохинолинами и установлено, что присоединение этих 1,3-динуклеофилов к 2-СБ3-нитрохро- менам при нагревании сопровождается внутримолекулярной циклизацией, ведущей к образованию 6-трифторметил-8,9-дигидрохромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов с пентациклическим скелетом ламелларинов.
9. Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду 14-арил-6-трифторметил-8,9-дигидрохро- мено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов, вызванная затрудненным вращением вокруг связи С8р2-С8р2, произведена количественная оценка барьера вращения.
10. Изучено регио- и стереоселективное [4+2]- и [3+2]-циклоприсоединение по активированной двойной связи 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов эфиров енолов, азида натрия и азометинилидов. На базе этих реакций разработаны методы прямого А3-аннелирования 3- нитро-2-тригалогенметил-2#-хроменов пяти- и шестичленным гетероциклом.
2. Установлено, что взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов с меркап-танами приводит к образованию четырех стереоизомеров с транс,транс-, транс,цис-, цис,транс- и цис,цис-конфигурациями при связях С(2)-С(3) и С(3)-С(4) соответственно. При тщательном анализе величин КССВ в спектрах ЯМР 1Н полученных продуктов установлены четыре группы констант .Л3 и ./3_3, каждая из которых характеризует определенную диастереомерную форму.
3. Изучены стереоселективные реакции 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов с ароматическими аминами и гидразингидратом. Установлено, что взаимодействие 2-СС13- хроменов с гидразингидратом сопровождается рециклизацией пиранового цикла с образованием труднодоступных У-незамещенных пиразолидинов и является первым примером раскрытия пиранового цикла в ряду 3-нитро-2#-хроменов под действием динуклеофила.
4. Впервые исследовано присоединение к 2-замещенным 3-нитро-2#-хроменам натриевых солей ацетилацетона и ацетоуксусного эфира. На базе этой стереоселективной реакции разработан метод синтеза транс,транс-изомеров 4-(пиразол-4-ил)хроманов.
5. Исследовано взаимодействие 3-нитро-2-трифторметил-2#-хроменов с 2-(1-фенилалкили- ден)малононитрилами. На основе этой домино-реакции разработан метод прямого А3-бензо- аннелирования 2-трифторметил-2#-хроменовой системы. Обнаружена и изучена стереоселективная 1,5-миграция нитрогруппы в ряду 7-амино-10-метил-6а-нитро-9-фенил-6-трифторме- тил-6а,10а-дигидро-6#-бензо[с]хромен-8-карбонитрилов.
6. Изучено взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов с енаминами кето-нов и 1,3-дикарбонильных соединений. Установлены факторы, контролирующие структуру и стереохимию образующихся продуктов. Разработаны стереоселективные методы получения 2,3,4-тризамещенных хроманов, содержащих одну или две карбонильные группы в боковой цепи в положении 4. На ряде репрезентативных примеров продемонстрировано использование этих хроманов в синтезе 5-трифторметил-5#-хромено[3,4-й]пиридинов и индивидуальных диастереомеров 4-тригалогенметил-2-фенилхромено[3,4-й]пирролин-3-оксидов.
7. Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду транс,транс- и цис,цис-изомеров 2,3,4- тризамещенных хроманов с экваториальным расположением заместителя при атоме С(4), обусловленная затрудненным вращением вокруг связи С8р3-С8р2.
8. Впервые изучено взаимодействие 2-замещенных 3-нитро-2#-хроменов с 1-алкил-3,4-дигидро- изохинолинами и установлено, что присоединение этих 1,3-динуклеофилов к 2-СБ3-нитрохро- менам при нагревании сопровождается внутримолекулярной циклизацией, ведущей к образованию 6-трифторметил-8,9-дигидрохромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов с пентациклическим скелетом ламелларинов.
9. Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду 14-арил-6-трифторметил-8,9-дигидрохро- мено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов, вызванная затрудненным вращением вокруг связи С8р2-С8р2, произведена количественная оценка барьера вращения.
10. Изучено регио- и стереоселективное [4+2]- и [3+2]-циклоприсоединение по активированной двойной связи 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2#-хроменов эфиров енолов, азида натрия и азометинилидов. На базе этих реакций разработаны методы прямого А3-аннелирования 3- нитро-2-тригалогенметил-2#-хроменов пяти- и шестичленным гетероциклом.
Подобные работы
- 3-НИТРО-2-ТРИФТОР(ТРИХЛОР)МЕТИЛ-2Н-ХРОМЕНЫ: СИНТЕЗ, РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ И ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
Диссертации (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 4350 р. Год сдачи: 2018



