Тема: 3-НИТРО-2-ТРИФТОР(ТРИХЛОР)МЕТИЛ-2Н-ХРОМЕНЫ: СИНТЕЗ, РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ И ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
1. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА 3-НИТРО-2//-ХРОМЕНОВ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 9
1.1. 2-Незамещенные и 2-амино(алкокси)-3-нитро-2Н-хромены 10
1.1.1. Синтез из салициловых альдегидов и нитроалкенов 10
1.1.2. Химические свойства и применение 14
1.2. 2-Арил(алкил)-3-нитро-2Н-хромены 28
1.2.1. Методы синтеза и применение 28
1.2.1.1. Тандемная конденсация салициловых альдегидов с нитроалкенами 28
1.2.1.2. Нитрование 2//-хроменов 39
1.2.1.3. Энантиоселективный синтез 42
1.2.2. Химические свойства 47
1.2.2.1. Реакции с C-и Р-нуклеофилами 47
1.2.2.2. Реакции циклоприсоединения 57
1.2.2.3. Окислительно-восстановительные реакции 69
1.3. 3-Нитро-2-тригалогенметил-2Я-хромены 75
1.4. Заключение 77
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 78
2.1. Методы синтеза 3-нитро-2-тригалогенметил-2Я-хроменов 78
2.1.1. Синтез 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2Я-хроменов и 3-нитро-2-трифторметил-
2-фенил-2Я-хроменов 78
2.1.2. Синтез 4-метил-3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2Я-хроменов 81
2.1.3. Синтез 7-аза-3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2Я-хроменов 86
2.2. Реакции 3-нитро-2-тригалогенметил-2Я-хроменов 88
2.2.1. Реакции с S-и А-нуклеофилами 88
2.2.2. Реакции с C-нуклеофилами 97
2.2.2.1. Нитроалканы 97
2.2.2.2. 1,3-Дикарбонильные соединения 99
2.2.2.3. Атропоизомерия в ряду транс,транс- и цис,цис-тризамещенных хроманов 18 и 21 104
2.2.2.4. Индолы и А-метилпиррол 111
2.2.2.5. 2-(1-Фенилалкилиден)малононитрилы 115
2.2.2.6. Енамины кетонов 125
2.2.2.7. Пуш-пульные енамины 149
2.2.2.8. 1-Алкил-3,4-дигидроизохинолины 166
2.2.3. Реакции циклоприсоединения 173
2.2.3.1. Гетеродиеновый синтез 173
2.2.3.2. 1,3-Диполярное циклоприсоединение 177
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 189
3.1. Синтез 3-нитро-2-тригалогенметил-2^-хроменов 189
3.2. Синтез 4-метил-3-нитро-2-тригалогенметил-2^-хроменов 196
3.3. Синтез 7-аза-3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2^-хроменов 202
3.4. Синтез 4-меркапто- и 4-аминохроманов 204
3.5. Синтез 3 -(2-гидроксиарил)-4-нитро-5-трихлорметилпиразолидинов 214
3.6. Синтез 4-нитроалкилхроманов 216
3.7. Взаимодействие 3-нитро-2-тригалогенметил-2#-хроменов с ацетилацетоном и ацето¬уксусным эфиром 217
3.8. Синтез 4-пиразолилхроманов 221
3.9. Синтез 4-индолил- и 4-пирролилхроманов 225
3.10. Синтез 6-трифторметил-6#-дибензо[й,^]пиранов и 6-трифторметил-10,10а-дигидро-
6#-дибензо[й,^пиранов 228
3.11. Синтез 4-фенацилхроманов и хромено[3,4-й]пирролин-3-оксидов 234
3.12. Синтез 4-(циклопентанон-2-ил)- и 4-(циклогексанон-2-ил)хроманов 254
3.13. Синтез 2-замещенных этил-3-амино-2-(3-нитрохроман-4-ил)-2-бутеноатов и 4-амино-3 -(3 -нитрохроман-4-ил)-3 -пентен-2-онов 286
3.14. Синтез 4-ацетонилхроманов 296
3.15. Синтез 1-(3-нитрохроман-4-ил)пентан-2,4-дионов, 4-(3-нитрохроман-4-ил)-1-фенил-
бутан-1,3-дионов и 5-трифторметил-5#-хромено[3,4-й]пиридинов 305
3.16. Синтез 1-[3-нитрохроман-4-ил]метил-3,4-дигидроизохинолинов и 6-трифторметил-
8,9-дигидро-6#-хромано[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов 325
3.17. Синтез тетрагидрохромено[3,4-с]фуро[3,2-е][1,2]окзазин-5-оксидов и дигидрохромено[3,4-с] [ 1,2]оксазин-4-оксидов 340
3.18. Синтез 4-трифтор(трихлор)метил-2,4-дигидрохромено[3,4-^][1,2,3]триазолов 345
3.19. Синтез хромено[3,4-с]пирролидинов и хромено[3,4-а]пирролизидинов 350
3.20. Синтез спиро[хромено[3,4-а]пирролизидин-11,2'-инден]-1',3'-дионов 357
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 365
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 367
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 369
📖 Введение
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-2Я-1-бензопирана) широко распространены в растительном мире и зарекомендовали себя в качестве пестицидов и перспективных медицинских препаратов. Поэтому интерес, проявляемый к 3-нитро-2#-хроменам как исходным субстратам для получения более сложных биологически активных молекул, вполне закономерен.
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. Согласно 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 данной 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-2Я-хроменов было ориентировано на поиск методов Л3-аннелирования 2-тригалоген-метил-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 регио- 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 азометин-илиды, 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(три- хлор)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(три- хлор)метил-2#-хроменов.
4. Разработка методов Л3-аннелирования 2-тригалогенметил-2#-хроменовой системы карбо- или гетероциклом.
Научная новизна и теоретическая значимость
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-2Я-хроменов с ароматическими аминами и гидразингидратом. Установлено, что взаимодействие 2- СС1з-хроменов с гидразингидратом в мягких условиях сопровождается рециклизацией пиранового цикла с образованием У-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 солей 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-фенилал- килиден)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-карбонитрилов.
Изучено взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2/-хроменов с енаминами кетонов и 1,3-дикарбонильных соединений. Установлены факторы, контролирующие структуру и стереохимию 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 Сsp3-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-СБ3-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-ди- гидрохромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов, вызванная затрудненным вращением вокруг связи Сsp2-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 У-незамещенных иминов с (£)-1 -нитро-3,3,3 -трифтор(трихлор)пропенами.
Предложен одностадийный способ получения труднодоступных У-незамещенных транс,транс-3-арил-4-нитро-5-трихлорметилпиразолидинов из 3-нитро-2-трихлорметил- 2//-хроменов и гидразингидрата.
Разработан метод прямого А3-бензоаннелирования 2-трифторметил-2Я-хроменовой системы, базирующийся на домино-реакции 3-нитро-2-трифторметил-2#-хроменов с 2-(1- фенилалкилиден)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-5#-хромено[3,4-й]пиридинов и индивидуальных диастереомеров 4-трига- логенметил-2-фенилхромено[3,4-й]пирролин-3-оксидов.
Предложен простой и эффективный метод синтеза 6-трифторметил-8,9-дигидрохро- мено[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-2Я-хроменов пяти- и шестичленным 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 нитро-группы выполнено с применением квантово-химических расчетов.
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 реагентами.
3. Реакции [3+2]- и [4+2]-циклоприсоединения с участием 3-нитро-2-трифтор(три- хлор)метил-2#-хроменов.
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 chemistry (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 "Со-временное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах" (Анапа, 2008); Международной конференции "Новые направления в химии гетероциклических со-единений" (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-ННИО, 11-03-00126, 14-03-00179).
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.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 396 страницах, состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы, включающего 289 наименований. Работа содержит 43 таблицы и 55 рисунков.
✅ Заключение
2. Установлено, что взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2А-хроменов с меркаптанами 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 У2,3 и У3,4, каждая из которых характеризует определенную диастереомерную форму.
3. Изучены стереоселективные реакции 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2А-хроменов с ароматическими аминами и гидразингидратом. Установлено, что взаимодействие 2-СС13-хроменов с гидразингидратом сопровождается рециклизацией пиранового цикла с образованием труднодоступных А-незамещенных пиразолидинов и является первым примером раскрытия пиранового цикла в ряду 3-нитро-2А-хроменов под действием динуклеофила.
4. Впервые исследовано присоединение к 2-замещенным 3-нитро-2А-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-2А-хроменов с 2-(1-фенил- алкилиден)малононитрилами. На основе этой домино-реакции разработан метод прямого А3-бензоаннелирования 2-трифторметил-2А-хроменовой системы. Обнаружена и изучена стереоселективная 1,5-миграция нитрогруппы в ряду 7-амино-10-метил-6а-нитро-9-фенил- 6-трифторметил-6а,10а-дигидро-6А-бензо[с]хромен-8-карбонитрилов.
6. Изучено взаимодействие 3-нитро-2-трифтор(трихлор)метил-2А-хроменов с енаминами кетонов 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-5А-хроме- но[3,4-й]пиридинов и индивидуальных диастереомеров 4-тригалогенметил-2-фенилхроме- но[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 Сsp3-Csp2.
8. Впервые изучено взаимодействие 2-замещенных 3-нитро-2#-хроменов с 1-алкил-
3,4- дигидроизохинолинами и установлено, что присоединение этих 1,3-динуклеофилов к 2-СБ3-нитрохроменам при нагревании сопровождается внутримолекулярной циклизацией, ведущей к образованию 6-трифторметил-8,9-дигидрохромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изо- хинолинов с пентациклическим скелетом ламелларинов.
9. Обнаружена и исследована атропоизомерия в ряду 14-арил-6-трифторметил-8,9- дигидрохромено[4',3':4,5]пирроло[2,1-а]изохинолинов, вызванная затрудненным вращением вокруг связи Сsp2-Csp2, 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 Л3-аннелирования 3-нитро-2-тригалогенметил-2#-хроменов пяти- и шестичленным гетероциклом.



