Диссертация (Реакции трифторметилкарбонил замещенных алкенов с аренами в суперкислотах)

Санкт-Петербургский государственный университетНа правах рукописиЯковенко Роман ОлеговичРЕАКЦИИ ТРИФТОРМЕТИЛКАРБОНИЛ ЗАМЕЩЕННЫХАЛКЕНОВ С АРЕНАМИ В СУПЕРКИСЛОТАХ02.00.03 – Органическая химияДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководитель:Д.х.н., проф. Васильев А. В.Санкт-Петербург20151ОглавлениеВВЕДЕНИЕ41. Литературный обзор81.1 Методы синтеза 4-арил-1,1,1-трифторбут-4-ен-2-онов81.1.1 Синтез путем формирования связи C1-C291.1.2 Синтез путем формирования связи C2-C3111.1.3 Синтез путем формирования связи C3=C4141.1.4 Синтез путем формирования связи C4-R171.1.5 Получение галогензамещенных ненасыщенныхтрифторметилкетонов1.2 Реакции 4-арил-1,1,1-трифторбут-4-ен-2-онов1.2.1 Реакции с нуклеофилами1820201.2.1.1 Реакции по карбонильной группе201.2.1.2 Реакции по двойной углерод-углеродной связи231.2.1.3 Реакции по двойной связи и карбонильной группе271.2.2 Перициклические реакции331.2.3 Окислительно-восстановительные реакции341.3 Дикатионы енонов и CF3-инденильные катионы какинтермедиаты реакций2.

Обсуждение результатов35392.1 Квантово-химические расчеты протонированных форм 4-арил1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов392.2 Исследование протонирования 1,1,1-трифторбут-3-ен-2-оновв суперкислотах методами ЯМР422.3 Реакции 1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов с аренами в суперкислотах 472.4 Обсуждение механизма реакции562.5 Реакции 4-арил-3-бром- (3,4-дибром-) 1,1,1-трифторбут3-ен-2-онов в суперкислотах2.6 Исследование биологической активности инданов 2а-с,g-l3. Экспериментальная часть61707623.1 Синтезы 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов (1a-u)773.2 Синтезы соединений 3c, 4a, 5a, 6a, 14853.3 Методики проведения реакций 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов (1a-u) и соединений 3c, 4a, 5a, 6a, 14 в суперкислотах933.3.1 Реакции 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов 1a-f,hс аренами в суперкислотах933.3.2 Реакции соединений 3c, 4a, 5a, 6a, 14 в суперкислотах1023.3.3 Циклизация бутенонов 1i-u в инденолы 17a-m в FSO3H1063.3.4 Реакции бутенонов 1i,m и инденолов 16a,c,dс бензолом в TfOH1113.3.5 Реакции бутенонов 1o,r,s и инденолов 16g-k,mс бензолом в TfOH1134.

Выводы1165. Список литературы117БЛАГОДАРНОСТИ135ПРИЛОЖЕНИЕ1363ВведениеАктуальность темы.Фторорганические соединения широко используются в химии, физике,биологии, медицине, материаловедении, нанотехнологиях и др. [1, 2]. Средисоединений, содержащих фтор, есть хладагенты, огнеупорные и хемостойкиевещества, смазочные материалы, пестициды, кровезаменяющие вещества.Особый интерес с точки зрения химии представляет собой уникальный наборхарактеристикатомафтора–высокаяполярность,сильныйэлектроноакцепторный характер, малый радиус, низкая поляризуемость ивысокая химическая инертность. Группа CF3, введенная во многие молекулыбиологически активных соединений, способна повышать их липофильностьиметаболическуюактивность.Также,благодарямощнымэлектроноакцепторным свойствам, данная группа в структуре органическогосоединения способна контролировать направление химических реакций.Наличие заместителя CF3 в структуре карбокатионов увеличивает ихэлектрофильность и реакционную способность.

Одним из эффективныхспособов генерирования карбокатионов из молекул органических соединенийявляется электрофильная активация последних под действием суперкислотБренстеда и Льюиса [3,4]. Протонирование в суперкислотах сопряженныхтрифторметилкарбонил замещенных алкенов >С=CR–СOCF3 может датькатионые частицы, имеющие реакционноспособные центры на атомахуглеродадвойнойсвязитрифторметилкарбониликарбонильнойзамещенныхгруппы.алкеновПревращениявусловияхсуперэлектрофильной активации ранее не исследовали.Развитие методов органического синтеза на базе электрофильныхреакций фторорганических соединений в суперкислотах Бренстеда являетсяактуальной задачей.Цельработы:разработкаметодовсинтезафторорганическихсоединений на основе электрофильной активации 1,1,1-трифторбут-3-ен-24онов в суперкислотах Бренстеда: трифторметансульфоновой CF3SO3H(TfOH) и фторсульфоновой FSO3H.Для достижения поставленной цели предстояло решить следующиеосновные задачи:- исследоватьпревращения4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-оновсаренами в TfOH или FSO3H, выделить продукты реакций и определить ихстроение;-изучитьпротонирование4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-оноввсуперкислотах методом ЯМР;-спомощьюпротонированныеквантово-химическихформырасчетовохарактеризовать4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов:О-монопротонированные (по карбонильной группе) и О,С-дипротонированные(по карбонильной группе и двойной связи углерод-углерод), оценитьреакционную способность таких катионов;- исследоватьпревращения4-арил-3-бром(или3,4-дибром)-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов в суперкислотах, выделить продукты реакций иопределить их строение;- исследовать механизмы реакций 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов всуперкислотах;- изучитьбиологическуюактивностьновыхполученныхфторорганических соединений.Научная новизна.Впервые исследованы реакции 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов и 4арил-3-бром(или 3,4-дибром)-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов с аренами всуперкислотах Бренстеда TfOH и FSO3H.

Предложены наиболее вероятныемеханизмы этих превращений. Изучено сродство ряда транс-1,3-диарил-1трифторметилинданов к каннабиноидным рецепторам СВ1 и СВ2.Практическая ценность работы.Разработаныметодысинтезапредставителейновыхклассовфторорганических производных: транс-1,3-диарил-1-трифторметилинданов,52-бром(или2,3-дибром)-1-трифторметил-1Н-инден-1-олов,2-бром-1-трифторметил-3-фенил -1Н-инденов и 2-бром-3-трифторметил-1,1-дифенил-1Н-инденов.НайденаканнабиноидныхноваярецепторовгруппаселективныхСВ2–модуляторовтранс-1,3-диарил-1-трифторметилинданы.Положения, выносимые на защиту:- методы синтеза транс-1,3-диарил-1-трифторметилинданов, 2-бром(или2,3-дибром)-1-трифторметил-1Н-инден-1-олов,2-бром-1-трифторметил-3-фенил-1Н-инденов, 2-бром-3-трифторметил-1,1-дифенил-1Н-инденов;- механизмы превращений 4-арил-1,1,1-трифторбут-3-ен-2-онов всуперкислотах Бренстеда;- данныепоконстантамсвязываниятранс-1,3-диарил-1-трифторметилинданов с каннабиноидными рецепторами СВ1 и СВ2.Достоверность и надежность результатов.Достоверность и надежность полученных результатов экспериментов ивыводов работы обеспечены тщательным контролем условий проведенияэксперимента, а также применением современных методов установленияструктуры синтезированных соединений, включая РСА и двумернуюспектроскопию ЯМР.

Сделанные в работе выводы логично следуют изполученных автором экспериментальных данных.Личный вклад автора состоит в участии в формулировке целей изадач работы, разработке методологии исследования, в самостоятельномполучении экспериментальных данных, вошедших в текст диссертации, и винтерпретации полученных результатов, а также в подготовке докладов дляконференций на основе этих материалов и написании статей по темеисследования.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 химии6«ОргХим-2013» (Санкт-Петербург, 2013 г.), Всероссийской конференции похимии непредельных соединений «Кучеров-2014» (Санкт-Петербург, 2014г.),InternationalConference of Young Scientists «Chemistry Today-2014»(Yerevan, 2014).Публикации: по теме диссертации опубликовано 3 статьи и 5 тезисовдокладов на конференциях.Статьи опубликованы в журналах Tetrahedron Letters (2014, vol.

55, P.6851-6855), Журнал Органической Химии (2015, Т. 51, №3, С. 449-451) иOrganic & Biomolecular Chemistry (2015, vol. 13, P. 8827-8842).71. Литературный обзор1.1 Методы синтеза 4-арил-1,1,1-трифторбут-4-ен-2-оновВсе методы синтеза 4-арил-1,1,1-трифторбутенонов можно разбить наотдельные группы по создаваемым углерод-углеродным связям в бутеновомфрагменте.Возможно несколько путей создания структуры RR´C=CR´´COCF3(схема 1).1.ФормированиесвязиC1-C2путемнуклеофильногосвязиС2-C3путемэлектрофильноготрифторметилирования.2.Формированиетрифторацилирования3.

Формирование связи С3=С4 путем окислительного дегидрирования,конденсации и по реакции Виттига.4. Формирование связи R-C4 с помощью различных реакций с Cнуклеофилами.5. Получение галогензамещенных 4-арил-1,1,1-трифторбутенонов поположениям 2 и 3.Схема 181.1.1 Синтез путем формирования связи C1-C2Всесинтезыданногоклассапредставляютсобойреакциинуклеофильного трифторметилирования.