Автореферат (Реакции трифторметилкарбонил замещенных алкенов с аренами в суперкислотах)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЯКОВЕНКО Роман ОлеговичРЕАКЦИИ ТРИФТОРМЕТИЛКАРБОНИЛ ЗАМЕЩЕННЫХ АЛКЕНОВС АРЕНАМИ В СУПЕРКИСЛОТАХСпециальность 02.00.03 – органическая химияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург - 20152Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования«Санкт-Петербургский государственный университет»Научный руководитель:Официальные оппоненты:Васильев Александр Викторовичдоктор химических наук,профессор,заведующийкафедройхимии федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего профессиональногообразования«Санкт-Петербургскийгосударственныйлесотехническийуниверситет им. С.

М. Кирова»Дильман Александр Давидовичдоктор химических наук, заведующийлабораторией функциональныхорганических соединений федеральногогосударственного бюджетногоучреждения науки Институторганической химии им. Н.Д.Зелинского Российской академии наукХрамчихин Андрей Владимировичкандидат химических наук, доценткафедры органической химиифедерального государственногобюджетного образовательногоучреждения высшегопрофессионального образования«Санкт-Петербургскийгосударственный технологическийинститут (технический университет)»Ведущая организация:Федеральное государственноебюджетное образовательноеучреждение высшегопрофессионального образования«Российский государственныйпедагогический университет им.

А.И.Герцена»Защита состоится «»2016 г. вчасов на заседании советаД 212.232.28 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургскомгосударственном университете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, 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 «»Учёный секретарьдиссертационного совета2015 г./В. Н. Сорокоумов/31. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Фторорганические соединения широко используются в химии,физике, биологии, медицине, материаловедении, нанотехнологиях.

Особое значение имеетуникальный набор характеристик атома фтора, а именно его сильный электроноакцепторныйхарактер, химическая инертность и липофильность. Введение трифторметильной группы CF3в молекулы органических веществ существенно повышает их метаболическую активность.Наличие заместителя CF3 в структуре карбокатионов увеличивает их электрофильностьи реакционную способность. Одним из эффективных способов генерирования карбокатионовиз молекул органических соединений является электрофильная активация последних поддействием суперкислот Бренстеда и Льюиса (Olah G.A., Klumpp D.A. Superelectrophiles andTheir Chemistry. Wiley, 2007, 312 р.).

Протонирование в суперкислотах сопряженныхтрифторметилкарбонил замещенных алкенов >С=CR–С(=O)CF3 может дать катионныечастицы, имеющие реакционноспособные центры на атомах углерода двойной связи икарбонильной группы. Превращения трифторметилкарбонил замещенных алкенов вусловиях суперэлектрофильной активации ранее не исследовали.Развитие методов органического синтеза на базе электрофильных реакцийфторорганических соединений в суперкислотах Бренстеда является актуальной задачей.Цель работы: разработка методов синтеза фторорганических соединений на основеэлектрофильной активации 1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов в суперкислотах Бренстеда:трифторметансульфоновой CF3SO3H (TfOH) и фторсульфоновой FSO3H.Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие основные задачи:- исследовать превращения 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов с аренами в TfOH илиFSO3H, выделить продукты реакций и определить их строение;- изучить протонирование 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов в суперкислотахметодом ЯМР;- с помощью квантово-химических расчетов охарактеризовать протонированные формы4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов: О-монопротонированные (по карбонильной группе) иО,С-дипротонированные (по карбонильной группе и двойной связи углерод-углерод),оценить реакционную способность таких катионов;- исследовать превращения 4-арил-3-бром(или 3,4-дибром)-1,1,1-трифторбут-3-ен-2онов в суперкислотах, выделить продукты реакций и определить их строение;- исследоватьмеханизмыреакций4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-оноввсуперкислотах;- изучить биологическую активность новых полученных фторорганическихсоединений.4Научная новизна.Впервые исследованы реакции 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов и4-арил-3бром(или 3,4-дибром)-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов с аренами в суперкислотах БренстедаTfOH и FSO3H.

Предложены наиболее вероятные механизмы этих превращений. Изученосродство ряда транс-1,3-диарил-1-трифторметилинданов к каннабиноидным рецепторам СВ1и СВ2.Практическая ценность работы.Разработаны методы синтеза представителей новых классов фторорганическихпроизводных: транс-1,3-диарил-1-трифторметилинданов, 2-бром(или 2,3-дибром)-1трифторметил-1Н-инден-1-олов, 2-бром-1-трифторметил-3-фенил-1Н-инденов и 2-бром-3трифторметил-1,1-дифенил-1Н-инденов.

Найдена новая группа селективным агонистовканнабиноидных рецепторов СВ2 – транс-1,3-диарил-1-трифторметилинданы.Положения, выносимые на защиту:- методы синтеза транс-1,3-диарил-1-трифторметилинданов, 2-бром-(или 2,3дибром)1-трифторметил-1Н-инден-1-олов, 2-бром-1-трифторметил-3-фенил-1Н-инденов, 2бром-3-трифторметил-1,1-дифенил-1Н-инденов;- механизмы превращений 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов в суперкислотахБренстеда;- данные по константам связывания транс-1,3-диарил-1-трифторметилинданов сканнабиноидными рецепторами СВ1 и СВ2.Достоверность и надежность результатов.Достоверность и надежность полученных результатов экспериментов и выводов работыобеспечены тщательным контролем условий проведения эксперимента, а также применениемсовременных методов установления структуры синтезированных соединений, включая РСАи двумерную спектроскопию ЯМР. Сделанные в работе выводы логично следуют изполученных автором экспериментальных данных.Личный вклад автора состоит в участии в формулировке целей и задач работы,разработке методологии исследования, в самостоятельном получении экспериментальныхданных, вошедших в текст диссертации, и в интерпретации полученных результатов, а такжев подготовке докладов для конференций на основе этих материалов и написании статей потеме исследования.Апробация работы.

Результаты работы доложены на 4 конференциях:VII Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов смеждународным участием по химии и наноматериалам «Менделеев-2013» (Санкт-Петербург,2013 г.), кластере конференций по органической химии «ОргХим-2013» (Санкт-Петербург,2013 г.), Всероссийской конференции по химии непредельных соединений «Кучеров-2014»(Санкт-Петербург, 2014 г.), International Conference of Young Scientists «Chemistry Today2014» (Yerevan, 2014).Публикации: по теме диссертации опубликовано 3 статьи и 5 тезисов докладов наконференциях.5Объем и структура диссертации. диссертация состоит из введения, литературногообзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка использованнойлитературы и приложения, содержащего спектры ЯМР 1Н, 13С, 19F синтезированных веществ.Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 91 схему, 68рисунков.

Список литературы включает 146 ссылок.Работа выполнена при поддержке СПбГУ (грант № 12.38.195.2014).2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫОбъектами исследования в данной работе были 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-оны(1а-f), 4-диметиламино-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-он (1g), 4-бутокси-1,1,1-трифторбут-3-ен-2он (1h), а также 3-бром- (1i-n) и 3,4-дибром-4-арил-1,1,1-трифторбутен-3-ен-2-оны (1o-u).Исследование протонирования 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов с помощьюквантово-химических расчетовАналогично родственным еноновым структурам, трифторбутеноны 1а-f припротонировании в суперкислотах сначала образуют О-монопротонированные формы А, азатем могут давать О,С-дипротонированные частицы В (схема 1).

За счет наличияакцепторной трифторметильной группы частицы А и В должны быть гораздо болеесильными электрофилами, чем подобные протонированные формы других сопряженныхалкенонов или производных коричных кислот (Olah G.A., Klumpp D.A. Superelectrophiles andTheir Chemistry. Wiley, 2007, 312 р.).Схема 1Для оценки реакционной способности катионов А и В были проведены квантовохимические расчеты методом DFT электронных характеристик этих частиц (распределениезаряда, энергии ВЗМО и НСМО, вклад АО атомов С2 и С4 в НСМО).

Электрофильность6катионов А и В оценивали с помощью индекса глобальной электрофильности,рассчитываемого из энергий ВЗМО и НСМО [ω = (EВЗМО + EНСМО)2/8(EНСМО – EВЗМО)].Полученные данные показали, что дикатионы B имеют более высокий индексэлектрофильности ω 30.3-42.5 эВ, по сравнению с частицами А, для которых ω 13.9-17.2 эВ.Дикатионы В имеют большую долю положительного заряда (0.66-0.69 е) и значительныйорбитальный коэффициент НСМО (18.2-34.6%) на атоме С2. Это указывает на совпадениезарядового и орбитального контроля реакционной способности на этом атоме.

ОПротонированные формы А несут большой положительный заряд на атоме С2 (0.4-0.43 е),однако, в отличие от дикатионов В, имеют существенный орбитальный коэффициент и наатоме С4 (26.5-29.7%). Поэтому для катионов А возможен орбитальный контрольреакционной способности по положению 4.Таким образом, квантово-химические расчеты показывают, что, частицы А могутреагировать с нуклеофилами по атомам С2 или С4 , а для частиц В наиболее предпочтителенв таких реакциях атом С2.Исследование протонирования 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов методом ЯМРЭкспериментально методом ЯМР исследовали протонирование бутенонов 1a-g всуперкислотах TfOH и FSO3H при разных температурах. Обнаружено, что соединения1a,c,d,f образуют при температурах ниже -20С стабильные О-протонированные частицы А1,А3, А4, А6 соответственно.

Спектры ЯМР 1H и 13C соединения 1f и генерированного из негов FSO3H при -60°C катиона А6 приведены на рис. 1.Сравнение спектров ЯМР 1H и 13C катионов А1, А3, А4, А6, и их нейтральныхпредшественников 1a,c,d,f показывает, что сигналы протона Н4 и углерода С4 претерпеваютзначительный слабопольный сдвиг (ΔδH ~ 1.1-1.7 м. д. и ΔδC ~ 20-30 м. д.). Такое смещениесигналов свидетельствует о делокализации заряда на атом С4 в катионах А.