Автореферат (Реакции замещенных 2-ацил-2н-азиринов и их производных с Rh(II)-карбеноидами)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЗавьялов Кирилл ВадимовичРЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕННЫХ 2-АЦИЛ-2Н-АЗИРИНОВИ ИХ ПРОИЗВОДНЫХ С Rh(II)-КАРБЕНОИДАМИСпециальность 02.00.03 – органическая химияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург ­ 20141Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования«Санкт-Петербургский государственный университет».Научный руководитель:Новиков Михаил Сергеевич,доктор химических наук,профессорОфициальные оппоненты:Пономарев Дмитрий Андреевич,доктор химических наук, профессор,Санкт-Петербургский государственныйлесотехнический университетРамш Станислав Михайлович,доктор химических наук,профессор, Санкт-Петербургскийгосударственный технологическийинститут (технический университет)Ведущая организация:Институт органической химии им.

Н.Д.Зелинского РАН (Москва)Защита состоится 19 марта 2015 г. в ___ часов на заседании советаД 212.232.28 по защите докторских и кандидатских диссертаций при СанктПетербургском государственном университете по адресу: 199004, СанктПетербург, Средний пр., д. 41/43, химический факультет (БХА).С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.

М.Горького, СПбГУ, Университетская наб., д. 7/9.Автореферат разослан"2015 г."Учѐный секретарьдиссертационного совета/В. Н. Сорокоумов/21. Общая характеристика работыАктуальность темы. Одна из важных стратегий синтеза соединенийгетероциклического ряда объединяет многочисленные реакции расширениямалых циклов, среди которых реакции 2Н-азиринов занимают особое место. Этообусловлено, с одной стороны, относительной доступностью этих соединений, ас другой  той важной ролью азотсодержащих гетероциклов, которую онииграют в химии и фармакологии. Наряду с хорошо известнымифотолитическими, термическими, металл-катализируемыми и нуклеофилпромотируемыми реакциями азиринов, позволяющими достичь 23-атомногорасширения трехчленного кольца, метод изменения размера гетероцикла поддействием карбеноидов стал развиваться сравнительно недавно.

Возможностьширокого варьирования как размера образующегося гетероцикла, так ивводимых в него функций, обусловливает гибкость этого подхода иперспективность его дальнейшего развития. В частности, совсем недавно былразработан уникальный метод трехатомного расширения азириновой системыпод действием ацилзамещенных родиевых карбеноидов, генерируемых издиазокарбонильных соединений. Этот метод открыл доступ к труднодоступным2Н-1,4-оксазинам моноциклического ряда, обладающим термо- и фотохромнымисвойствами. Одним из ключевых структурных фрагментов, принимающихучастие в этом процессе, является ацильная группа α-диазокарбонильногосоединения, которая полностью встраивается во вновь образующийся N,Oгетероцикл.

Основная идея настоящей работы заключалась в переносе активнойфункциональной группы из диазосоединения в 2Н-азирин, что позволило бысущественно расширить область применимости метода расширения азириновогоцикла с участием карбеноидов. В частности, в этом случае появляетсявозможность распространить его на производные 2Н-1,3-оксазина идигидропиримидина, некоторые представители которых проявляют какбиологическую, так и фотохромную активность. Поскольку примерырасширения азиринового цикла под действием карбеноидов с участиемфункциональной группы азирина в литературе неизвестны, поставленная вработе задача представляется актуальной.Целью диссертационной работы явился поиск новых синтетическиполезных трансформаций функционализированных по положению С 2 2Назиринов под действием Rh(II)-карбеноидов, генерируемых из αдиазокарбонильных соединений, и сопряженных с ними новых реакцийгетероциклизации.Для достижения поставленной цели в работе были решены следующиезадачи:1.

оптимизирована методика синтеза 2Н-1,3-оксазинов из 2-ацил-2Н-азиринов иα-диазоэфиров в условиях Rh(II)-катализа;2. исследовано влияние α-ацильной группы в диазокетоэфире на направлениеего реакции с 2-ацил-2Н-азиринами в условиях Rh(II)-катализа и настабильность образующихся продуктов;3. изучена реакция термической изомеризации 2Н-1,3-оксазинов в 1,2-дигидро3Н-пиррол-3-оны;34. оптимизирована методика синтеза 2-акцепторнозамещенных 4-арил-1,2дигидропиримидиновиз2Н-азирин-2-карбальдиминовиαдиазокарбонильных соединений;5. изучена реакционная способность 2Н-азиринов, содержащих 2-(Rкарбонил)винильный заместитель при атоме С2, в условиях генерированияродиевых карбеноидов из α-диазоэфиров.Научная новизна.1. Разработан метод синтеза 2Н-1,3-оксазинов из 2-ацил-2Н-азиринов и αдиазоэфиров в условиях Rh(II)-катализа.2. Найдена новая реакция термического одноатомного сужения 2Н-1,3оксазиновой системы до 1,2-дигидро-3Н-пиррол-3-оновой.

Предложенныймеханизмреакции,включающийобразованиеимидоилкетеновогоинтермедиата, интерпретирован на основе результатов квантово-химическихрасчетов методом DFT mPWB1K/6-31+G(d,p).3. Разработанметодсинтеза2-акцепторнозамещенных4-арил-1,2дигидропиримидиновиз2Н-азирин-2-карбальдиминовиαдиазокарбонильных соединений.4. Найден первый пример термической 1,5-циклизации 2-азаполиеновойсистемы в производное 1Н-пиррола.5. Найдена новая реакция олефинирования 2-бензоилпиррола под действиемродиевых карбеноидов, генерируемых из α-диазоэфиров.Практическая ценность работы.

На основе Rh(II)-катализируемыхреакций α-диазокарбонильных соединений с 2-ацил-2Н-азиринами и 2Н-азирин2-карбальдиминами разработаны методы синтеза 2Н-1,3-оксазинов и 1,2дигидропиримидинов, содержащих при атоме С2 один или дваэлектроноакцепторных заместителя (трифторметил-, алкоксикарбонил- ицианогруппы).

Предложен простой и эффективный способ получения 1,2дигидро-3Н-пиррол-3-онов с двумя электроноакцепторными заместителями вовтором положении кольца из 2Н-1,3-оксазинов.Положения, выносимые на защиту.1. Синтез 2Н-1,3-оксазинов из 2-ацил-2Н-азиринов и α-диазоэфиров в условияхRh(II)-катализа.2. Новая реакция термического одноатомного сужения 2Н-1,3-оксазиновойсистемы до 1,2-дигидро-3Н-пиррол-3-оновой. Механизм образования 1,2дигидро-3Н-пиррол-3-онов и его интерпретация на основе результатовквантово-химических расчетов методом DFT mPWB1K/6-31+G(d,p).3. Синтез 2-акцепторнозамещенных 4-арил-1,2-дигидропиримидинов из 2Назирин-2-карбальдиминов и α-диазокарбонильных соединений.4. Реакционнаяспособность2Н-азиринов,содержащих2-(Rкарбонил)винильный заместитель при атоме С2, в условиях генерированияродиевых карбеноидов из α-диазоэфиров.Апробация работы.

Материал диссертации был представлен на 8всероссийских и международных конференциях. По теме диссертацииопубликованы 2 статьи и тезисы 8 докладов.Объем и структура диссертации. Работа изложена на 145 страницах.Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения4результатов, экспериментальной части, выводов, списка сокращений и условныхобозначений, списка цитированной литературы из 130 наименований иприложения.В литературном обзоре рассмотрены синтез и свойства 2Н-азиринов иэлектронодефицитных 2-азабута-1,3-диенов, особое внимание уделено реакциям2Н-азиринов с карбенами и карбеноидами, а также внутримолекулярнымпревращениям 2-азабутадиенов. В следующей части работы обсуждаютсяреакции Rh(II)-карбеноидов, генерируемых из диазокарбонильных соединений, сзамещенными 2-ацил-2Н-азиринами, 2Н-азирин-2-карбальдиминами и 2-[2-(Rкарбонил)винил]-2Н-азиринами, приводящие к образованию производных 2Н1,3-оксазина, пиррола, 1,2-дигидропиримидина и дигидропиридина. Особоевнимание уделено механизмам рассматриваемых процессов, которыеисследовались с привлечением квантовохимических расчетов.

В третьей частиработы представлены методики синтезов, физические характеристики испектральные данные полученных соединений.2. Основные результаты и их обсуждениеСтроение соединений, синтезированных в работе, устанавливалось наосновании данных ИК, 1Н и 13С ЯМР спектроскопии, масс-спектрометрии иданных элементного анализа. Строение девяти соединений 5c, E-4s, 6q, 17, 18,эндо,экзо-25а, экзо,экзо-25а, RS,RS-26 и 31a подтверждено данными РСтА.2.1. Синтез исходных соединений: 2Н-азиринов и диазосоединенийДля достижения цели работы были выбраны три серии 2Н-азиринов:серия 2-ацил-2Н-азиринов с формильной (1аf) и ацетильной (1g) группами,серия 2Н-азирин-2-карбальдиминов, включающая субстраты с N-арильными(1hl) и N-алкильным заместителями (1m,n), а также азирин 1o, у которогодополнительная C=N связь является частью ароматической пиридиновойсистемы, и серия азиринов, содержащих 2-(R-карбонил)винильный заместительпри атоме С2 (1ps).5Синтезы азирин-2-карбальдегидов 1af осуществляли по схеме,включающей формилирование ароматических кетонов по Вильсмейеру-ХаакуАрнольду и последующую обработку образовавшегося хлоркоричного альдегидаазидом натрия.

2-Ацетилазирин 1g синтезировали окислительной циклизациейсоответствующего -аминоенона при действии иодбензолдиацетата. 2Н-Азирин2-карбальдимины 1hn получали конденсацией 3-фенил-2Н-азирин-2карбальдегида с аминами при комнатной температуре в присутствиимолекулярных сит 3Å. Синтез 2-(карбонилвинил)замещенных азиринов 1psосуществляли по реакции Виттига из азирина 1b и соответствующегоалкилиденфосфорана. Азирин 1o синтезировали по реакции Небера изсоответствующего оксима.Из диазокарбонильных соединений в рассмотрение были включены пятьдиазоэфиров 2ae, два диазокетоэфира 2f,g и один диазокетон 2h.