Фураны в синтезе азагетероциклов

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. Ломоносова__________________________________________________________________Химический факультетНа правах рукописиТРУШКОВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧФУРАНЫ В СИНТЕЗЕ АЗАГЕТЕРОЦИКЛОВДиссертация на соискание учёной степенидоктора химических наукНаучный консультант: д.х.н., проф. А. В. БутинСпециальность 02.00.03 – органическая химияМосква - 2015ОглавлениеСписок сокращений4Введение51. Превращение фуранов в индолы и аннелированные индолы (Литературный7обзор)1.1.Образование производных индола с сохранением фуранового цикла71.1.1. Циклизации без участия атомов углерода фурана71.1.2.

Реакции внедрения нитрена по С–Н связи фурана91.1.3. Реакции электрофильной циклизации по Фриделю-Крафтсу121.1.4. Циклизации, катализируемые соединениями переходных металлов171.1.5. Радикальные реакции201.1.6. Электроциклические реакции221.2.27Синтез индолов из фуранов с использованием реакцийциклоприсоединения1.2.1. Реакция Дильса-Альдера для превращения фуро[x,y-b]пирролов в27индолы1.2.2. Внутримолекулярные реакции Дильса-Альдера производных фурана301.2.3. Синтез карбазолов, бензокарбазолов и гетаренокарбазолов реакцией60Дильса-Альдера фуро[3,4-b]индолов1.2.4. Реакции циклоприсоединения по связи С(2)-С(3) фурана651.3.Синтез индолов через нуклеофильное раскрытие фуранового цикла671.4.Образование индолов при взаимодействии фуранов с нуклеофилами в74условиях кислотного катализа1.5.Синтез индолов через электрофильное раскрытие фуранового цикла821.6.Катализируемые переходными металлами рециклизации фуранов в86индолы1.7.Прочие реакции превращения фуранов в индолы2.

Синтез азагетероциклов реакциями рециклизации фурана в условиях8993кислотного катализа (Обсуждение результатов)2.1.Получение 2-арил- и 2-гетероарил-3-(2-ацилвинил)индолов реакцией 2(2-аминофенил)фуранов с ароматическими альдегидами2952.2.Синтез индоло[3,2-c]хинолинов восстановительной циклизацией 3-(2-103ацетилвинил)-2-(2-нитрофенил)индолов2.3.Синтез алкалоида изокриптолепина и его производных1062.4.Реакция деацилвинилирования 2-(гетеро)арил-3-(2-ацилвинил)индолов1082.5.Синтез хинолинов рециклизацией 2-[2-(ациламино)бензил]фуранов в113условиях реакции Бишлера-Напиральского2.6.Синтез индолов восстановительной рециклизацией (2-нитрофенил)ди-120фурилметанов2.7.Синтез индолов кислотно-катализируемой рециклизацией (2-аминофе-126нил)дифурилметанов. Влияние заместителя на атоме азота и условийпроведения реакции на направление рециклизации2.8.Рециклизации производных 2-(дифурилметил)бензойных кислот1342.9.Синтез тетрагидропирроло[1,2-a]пиразин-3-онов рециклизацией N-148фурфуриламидов -аминокислот2.10.

Синтез пирроло[1,2-a][1,4]диазепинов и их бензо- или гетероарен-152аннелированных производных2.11. Синтез 2-(аминометил)пирролов из фурфуриламинов1642.12. Рециклизация 2-(2-аминофенил)фуранов в 2-(2-оксоалкил)индолы1683. Экспериментальная часть174Заключение339Основные результаты и выводы341Список литературы3433Список сокращенийAIBNазобис(изобутиронитрил)Bocтрет-бутилоксикарбонилCODциклооктадиенCyциклогексилdbaдибензилиденацетилацетонатDBU1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-енDCC1,3-дициклогексилкарбодиимидDMAP4-(диметиламино)пиридинDMB2,4-диметоксибензилDME1,2-диметоксиэтанDMEDAN,N-диметилэтилендиаминDIPEAN,N-диизопропилэтиламинEDCI1-этил-3-[(диметиламино)пропил]карбодиимидEt-PPAэтиловый эфир полифосфорной кислотыIBX2-иодоксибензойная кислотаLAкислота ЛьюисаLDAдиизопропиламид литияMOMметоксиметилMWмикроволновое облучениеNBSN-бромсукцинимидNMON-метилморфолин-N-оксидPCCхлорохромат пиридинияPPAполифосфорная кислотаSi-PPAтриметилсилиловый эфир полифосфорной кислотыTBAFфторид тетрабутиламмонияTBSтрет-бутилдиметилсилилTfтрифторметансульфонилTFAтрифторуксусная кислотаTMEDAN,N,N,N-тетраметилэтилендиаминp-Tolпара-толилДМАДдиметиловый эфир ацетилендикарбоновой кислотыДХЭ1,2-дихлорэтанТСХтонкослойная хроматография4ВВЕДЕНИЕВ последнее время наблюдаются значительные изменения в направлении развитияорганической химии.

Первая глобальная тенденция связана с ограниченностью ископаемого сырья как источника органических соединений. Поэтому наряду с «классическим»использованием растений для выделения конкретных веществ с полезными свойствами(от относительно простых пинена и ментола до полициклического таксола) всё большеевнимание уделяется использованию биомассы (отходов деревоперерабатывающей и писчебумажной промышленности, сельскохозяйственного производства и т.д.) как возобновляемого источника топлива и базовых субстратов («молекулярных платформ») [1–6]. «Молекулярными платформами» называют соединения, которые можно выделять из биомассыкак многотоннажные продукты и затем эффективно превращать в полезные материалы(функционализированные полимеры, сополимеры, углеводородные смеси и т.п.), либо вдругие ценные соединения, используя подходы тонкого органического синтеза.Вторая глобальная тенденция определяется требованиями «зеленой химии», согласно которым наибольший интерес представляют процессы, протекающие с образованием минимального количества отходов и побочных продуктов, с минимальным расходованием растворителей, реагентов и т.д.

Наиболее ёмко эти требования выражаются понятиями «экономия атомов» и «экономия стадий», что достигается в первую очередь использованием процессов циклоприсоединения, аннелирования и различных домино-реакций, вкоторых in one pot происходит значительное усложнение структуры органических соединений в результате образования двух или более новых связей, причём реакции должныпротекать с высокой хемо-, регио- и стереоселективностью.Развитие химии фуранов прямо связано с обеими вышеупомянутыми глобальнымитенденциями. Во-первых, среди молекулярных платформ, получаемых при переработкебиомассы, выделяют три производные фурана – фурфурол, 5-гидроксиметилфурфурол ифуран-2,5-дикарбоновую кислоту [7,8], из которых можно получить широкий круг фуранов с различными заместителями.

Например, на схеме 1.1 показаны некоторые из возможных превращений фурфурола. Во-вторых, фураны проявляют высокую реакционную способность по отношению к самым разным типам соединений, что обусловлено во многомнизкой энергией ароматичности фуранового цикла. Одной из важнейших особенностейфуранов является их полифункциональность. Как и другие ароматические соединения,они эффективно реагируют с электрофилами по реакции электрофильного ароматическогозамещения. Кроме того, в отличие от многих других ароматических соединений, они даюттакже продукты электрофильного присоединения, причём известны реакции как 2,3-, так5Схема 1.1и 2,5-присоединения.

Далее, фураны способны реагировать с нуклеофилами даже в отсутствие акцепторных групп, активирующих нуклеофильное ароматическое замещение. Этаспособность обусловлена тем, что в результате легкого протонирования фуранового циклаобразуется электрофильный интермедиат, который и взаимодействует с нуклеофильнымиреагентами (например, реакция Пианкателли [9,10]). Фураны вступают в реакции циклоприсоединения, причём могут выступать и как 2π-, и как 4π-компонента. Фураны восстанавливаются и легко окисляются; процесс окисления можно эффективно совмещать с другими превращениями (например, реакция Ахматовича [11,12]). Нередко разные по сутиреакции проводятся при схожих реакционных условиях, что позволяет вводить производные фурана в различные домино реакции, то есть добиваться выполнений отмеченныхвыше требований «экономии атомов» и «экономии стадий». Всё это вместе делает фураныособо притягательными исходными соединениями для получения разнообразных ценныхпродуктов органического синтеза, в том числе и других гетероциклических соединений.61.

Превращение фуранов в индолы и аннелированные индолы(Литературный обзор)Среди гетероциклов особое место занимают производные индола, т.к. индольноеядро входит в состав нескольких тысяч природных соединений, большого числа лекарственных средств, различных материалов и т.д. Данный обзор посвящен превращению фуранов в индолы, в том числе аннелированные к другим (гетеро)ароматическим системам,и их гидрированные производные, так как такие превращения открывают путь к синтезуразнообразных ценных производных индола из отходов сельскохозяйственного производства и лесоперерабатывающей промышленности. В обзор включены те превращения, в которых фурановый цикл предоставляет хотя бы один атом углерода для образования индольного ядра.1.1.

Образование производных индола с сохранением фуранового цикла1.1.1. Циклизации без участия атомов углерода фуранаК настоящему времени описано лишь несколько примеров синтеза производныхиндола из фуранов без прямого участия атомов углерода фуранового цикла в процессе реакции. Эти превращения включают в себя взаимодействие двух заместителей в фурановомядре с образованием либо пятичленного, либо шестичленного цикла индольного фрагмента.

Так, Оно с сотрудниками использовали реакцию Соногашира для превращения 2,3-дибромфурана (I) в 2,3-бис(арилэтинил)фуран III, который при катализе комплексом Au(I)подвергается циклизации с образованием фуро[3,2-a]карбазола IV (схема 1.2) [13].Схема 1.27Другой метод синтеза фуро[3,2-a]карбазолов из 2,3-дизамещенных фуранов былиспользован Вангом с сотр. [14] в ходе полного синтеза алкалоида фуростифолина, выделенного в 1990 г. из коры корней Murraya euchrestifolia Hayata [15]. Для проведения реакции Сузуки-Мияуры между 2-ацетил-3-бромфураном (V) и индолилбороновой кислотой(VI) они использовали методику, разработанную Лоу и Фу [16]. Формилированием образующегося 2-ацетил-3-(1-Boc-2-индолил)фурана (VII) и обработкой продукта VIII тозилгидразином был получен бис(N-тозилгидразон), который подвергали циклизации при действии основания и Rh2(OAc)4.