Диссертация (Реакции замещенных 2-ацил-2н-азиринов и их производных с Rh(II)-карбеноидами), страница 3

Обычно разрыв С−N связи происходит в термическихили каталитических условиях, тогда как связь С−С разрывается при ультрафиолетовомоблучении.При сильном нагреве 2-арил-2Н-азирины 28 изомеризуются в производныеиндола 29 с хорошим выходом [42].15Аналогичная реакция наблюдается при катализе тетракис(трифторацетатом)диродия [43]. Использование здесь катализатора является необходимым условиемпротекания реакции. Так, например, нагревание циано-замещенного азирина вотсутствие катализатора приводит к образованию сложной смеси продуктов, несодержащей целевого индола.При нагревании азиринов 30, содержащих во втором положении циклаацетильную группу, легче идет конкурентная изомеризация в изоксазолы 31, нежели виндолы.

Как и в предыдущем случае, реакция протекает через образованиевинилнитренового интермедиата 32 [11].Похожие процессы реализуются и в каталитических условиях. Так, былоустановлено, что при обработке 2Н-азирина-2-карбальдегида 33 (X = O) катализаторомГраббса при 25 ºС происходит перегруппировка последнего в 3-фенилизоксазол свыходом 90% [44]. Аналогичная реакция наблюдалась и для соответствующего анила 33(X = NPh), в результате чего был получен 1,3-дифенилпиразол 34.Термическаяиликаталитическаяизомеризацияазириновможетбытьиспользована для синтеза азаиндолов. Так, например, азирины 35 изомеризуются впроизводные пиразоло[1,5-а]пиридинов 36 как при нагревании (170−200 °С, без16растворителя или в растворе 1,2,4-трихлорбензола), так и в условиях катализа (FeCl2,75−80 °С). Реакция также протекает в условиях микроволнового облучения (DCE,175 °С) [45−47].Следующие два типа превращений представляют собой примеры трехатомногорасширения азиринового цикла с образованием производных пиридина.

Первая реакция,опубликованная в 2014 году французскими авторами, представляет собой Auкатализируемуюполизамещенныеизомеризациюпиридины382-пропаргилзамещенных[48].Трех-атомныйазириновпропаргильный37вфрагмент,активируемый в процессе реакции Au-катализатором, обеспечивает в итоге увеличениеразмера азиринового цикла, раскрывающегося как и в предыдущих случаях по связиN−C2, на три атома, давая с высокими выходами пиридины 38.Недавнобылообнаруженоинтересноепревращение2-аллилзамещенныхазиринов 39 в пиридины 40, протекающее под действием DBU [49]. Реакцияпредставляет несомненный синтетически интерес, поскольку толерантна к довольноширокому набору заместителей как в азириновом кольце, так и боковой цепи, проста висполнении и дает хорошие выходы пиридинов.

Механизм, предложенный для этогопревращения, включает раскрытие азиринового цикла под действием основания в 1азагексатриен с последующей 1,6-циклизацией и окислением.17При фотолизе 3-арил-2Н-азирины подвергаются необратимому раскрытию циклапо связи С−С с образованием нитрил-илидов 41, которые способны вступать в реакции1,3-диполярного циклоприсоединения с разнообразными диполярофилами, включаядиоксид углерода [50].Аналогично,черезобразованиеазиринаинитрил-илидапротекаетфотоиндуцируемая (235 нм) изоксазол-оксазольная перегруппировка [51, 52].1.1.2.5.

Реакции 2Н-азиринов с электрофильными реагентами1.1.2.5.1. Реакции 2Н-азиринов с ацилкетенамиВ присутствии разбавленных растворов минеральных кислот 2Н-азирины непроявляют основных свойств. Они нерастворимы в разбавленной соляной кислоте, норастворяются в концентрированной кислоте с разложением.

Под действием безводнойхлорной кислоты происходит раскрытие кольца с образованием катионов 42, которые сацетоном образуют циклоаддукты 43 [5].18Присоединение хлорангидридов, ангидридов и имидоилхлоридов к азиринамприводит к образованию N-ацилазиридинов. В большинстве случаев такие аддукты вмягких условиях претерпевают перегруппировку с образованием ациклическихпродуктов или гетероциклов большего размера [5].В фокусе настоящей работы находятся реакции азиринов, протекающие вусловиях каталитического разложения диазокарбонильных соединений, которому, какизвестно, часто сопутствует образование ацилкетенов – продуктов перегруппировкиВольфа промежуточных карбеноидов.

Поэтому реакции азиринов с ацилкетенамизаслуживают особого внимания, тем более что они приводят к образованию необычныхгетероциклических систем [53]. Так, кетен 44, генерируемый in situ термическимразложением дибензоилдиазометана, легко присоединяется к азиринам с образованием5-окса-1-азабицикло[4.1.0]гепт-3-енов 45, которые, в случае, если R = H, реагируют сеще одной молекулой кетена, давая 1-азабицикло[4.4.1]ундека-3,8-диены 46.

Сиспользованием квантово-химических расчетов было установлено, что реакцияпротекает по ступенчатому неперициклическому механизму через бетаиновыйинтермедиат 47.Похожим образом протекает реакция между 3-арил-2Н-азиринами 48 иароилкетенами 49, образующимися при термолизе 5-арилфуран-2,3-дионов50 [54].Однако в данном случае основными продуктами оказались орто-конденсированные6,6a,12,12a-тетрагидробис[1,3]оксазино[3,2-a:3′,2′-d]пиразин-4,10-дионы51,образу-ющиеся в результате несогласованного присоединения двух молекул ацилкетена кдигидропиразину 52. Последний, как полагают авторы работы [54], является продуктомдимеризации исходного азирина в условиях кислотного катализа, осуществляемогопримесями в исходном фурандионе.19Отдельноговниманиязаслуживаютреакцииазириновскарбенамиикарбеноидами, поскольку исследованию некоторых аспектов именно этого разделахимии 2Н-азиринов посвящена экспериментальная часть этой работы.1.1.2.5.2.

Реакции 2Н-азиринов с карбенами и карбеноидамиПриродаконечныхпродуктоввзаимодействиямеждуазиринамиикарбенами/карбеноидами определяется реакционной способностью двух интермедиатов– азириниевого илида и 2-азабута-1,3-диена, последовательно образующихся в этихдомино-реакциях. В свою очередь, химия этих интермедиатов определяется строениемисходного азирина, карбена/карбеноида и условиями реакции.Еще в 1973 году было высказано предположение, что реакция дихлоркарбена с2H-азиринами протекает через азириниевый илид 53, который раскрывается с образованием N-винил-N-(дихлорметилен)аминов (1,1-дихлор-2-азабутадиенов) [55].Позднее было зафиксировано образование гем-дифторзамещенных азириниевыхилидов 54, образующихся при взаимодействии 2H-азиринов с дифторкарбеном,генерированным восстановлением CF2Br2 активным свинцом в присутствии Bu4NBr.При проведении этой реакции в присутствии диметилацетилендикарбоксилата (ДМАД)были выделены соответствующие циклоаддукты – азиринопирролы 55 [56].20В отсутствие эффективной дипольной ловушки продуктами данной реакцииявляются 4Н-1,3-диазепины 56, образующиеся в результате (4+2)-циклоприсоединенияазадиенов 57 к исходному азирину 58.

Последующее расширение цикла идегидрофторирование дают конечный 1,3-диазепин 56 [57].Азириниевые илиды 59, образующиеся из ди- и тризамещенных азиринов 60 невступают в реакции циклоприсоединения в силу стерических препятствий подходудиполярофила. Стабилизация таких илидов осуществляется путем изомеризации в2-азадиены 61, которые не реагируют с исходными азиринами, как монозамещенныеаналоги, а гидролизуются при обработке реакционных смесей до устойчивыхизоцианатов 62 [58].Аналогично карбенам с азиринами реагируют карбеноиды, образующиеся врезультате термокаталитического разложения диазосоединений. Так, взаимодействие 2монои2,2-дизамещенныхазириновсметил2-диазо-2-фенилацетатомидиметилдиазомалонатом даже в присутствии ДМАД приводит к образованиюстабильных азадиенов, не склонных вступать в реакции циклоприсоединения [59, 60].21Былообнаружено,чтовзаимодействие2,3-дифенилазиринасдиметилдиазомалонатом в присутствии тетраацетата диродия приводит к образованиюне азадиена 63, а дигидроазета 64 [59].

Его образование трактуется авторами как 1,4электроциклизация промежуточного азадиена 63, неустойчивого при реакционныхтемпературах порядка 60−80 °С.Аналогичную реакционную способность проявляют азадиены 65, полученные изгалогензамещенных азиринов 66. При комнатной температуре такие азадиеныстабильны, однако при температурах порядка 100 °С они существуют в подвижномравновесии со своими валентными изомерами – 2,3-дигидроазетами 67 [61].Изучение реакций незамещенных по второму положению 3-арилазириновпоказало, что стабилизация соответствующих илидов осуществляется более сложнымобразом, чем для 2-замещенных аналогов.

Так, при взаимодействии азиринов 68 сфенилдиазоацетатом или диметилдиазомалонатом в присутствии Rh2(OAc)4 наряду сазадиенами 69 образуются продукты формального внедрения двух молекул карбеноидав азириновый цикл  пирролы 70 [59].Долю соединения 70 можно уменьшить, снизив концентрацию диазосоединения вреакционной смеси, что достигается очень медленным его добавлением к смеси азиринаи катализатора.22Единственным продуктом медь-катализируемой ракции 3-фенил-2Н-азирина сэтилдиазоацетатом, проведенной в присутствии ДМАД, оказался пиридин 71 [62]. Егообразование авторы объяснили схемой, представленной ниже и включающейобразование 2-азадиена 72,(4+2)-циклоприсоединение к ДМАД и окислительнуюароматизацию на силикагеле при выделении продукта.Rh2(OAc)4-катализируемая реакция моно-, ди- и тризамещенных 2Н-азиринов 73 сдиазокетоэфирами 74 приводит к 2Н-1,4-оксазинам 75.

Процесс протекает черезобразование нестабильных 1-ацил-2-азабута-1,3-диенов 76, которые претерпевают 1,6циклизацию с участием кето-группы, что приводит к производным 2Н-1,4-оксазина [63].На примере ряда азадиенов было показано, что при нагревании они действительнопретерпевают 1,6-электроциклизацию с образованием 1,4-оксазинов 77 [63, 64].Кроме того было обнаружено, что 1,4-оксазины типа 77 обладают фотохромнымисвойствами – они претерпевают обратимое раскрытие цикла при УФ-облучении собразованиемсоответствующихазадиенов.Скоростьобратнойциклизации,протекающей в темноте, определяется характером замещения атома С4 в азадиене (см.нумерацию атомов в последней схеме) и увеличивается от 4,4-дизамещенных азадиеновк незамещенным.

Для 4,4-дизамещенных азадиенов время полупревращения в23соответствующий оксазин составляет порядка нескольких часов, тогда как длянезамещенных аналогов подобные измерения провести невозможно ввиду оченьвысокой скорости реакции [64].Для 1,4-оксазинов, содержащих во втором положении спирофлуореновыйзаместитель,былообнаруженоявлениетермохромизма–приповышенныхтемпературах такие оксазины существуют в подвижном равновесии со своимиоткрытоцепными изомерами. Константа равновесия этого процесса увеличивается привозрастании температуры [64].Таким образом, реакции азиринов с карбенами/карбеноидами, о которых сталоизвестно только в последнее десятилетие, представляют собой эффективный методполучения/генерирования электронодефицитных 2-азабута-1,3-диенов. Последние, какбыло проиллюстрировано, демонстрируют довольно большой синтетический потенциал,подразумевающийвозможностьреализациикакмежмолекулярных,такивнутримолекулярных превращений.

Эти реакции 2-азадиенов еще раз сведены нанижеприведенной схеме.24Вместе с тем, нельзя не отметить, что 2-азабута-1,3-диены представляет собойхорошо известный класс азотсодержащих соединений, который достаточно интенсивноизучается уже несколько десятилетий. Две обзорные статьи [65, 66] по химии азадиенов,опубликованные в последние годы, еще раз подтверждают обоснованность интереса кэтим реакционноспособным соединениям. В следующем разделе анализируютсяизвестные методы синтеза электронодефицитных 2-азабутадиенов и их основныехимические свойства.1.2. Синтез и свойства электронодефицитных 2-азабута-1,3-диеновВзависимостиподразделятьнаотхарактератригруппы:заместителейнейтральные,2-азабута-1,3-диеныпринятоэлектронодефицитныеиэлектроноизбыточные.2-Азабута-1,3-диены представляют собой аза-аналоги бута-1,3-диенов и широкоприменяются как для построения разнообразных гетероциклических систем, например,в реакциях циклоприсоедиения по Дильсу-Альдеру, так и для синтеза открытоцепныхполифункциональных соединений.