Автореферат (Образование и превращения циклических азометиниминов)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиКОПТЕЛОВЮрий БорисовичОБРАЗОВАНИЕ И ПРЕВРАЩЕНИЯЦИКЛИЧЕСКИХ АЗОМЕТИНИМИНОВ02.00.03 – Органическая химияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора химических наукСАНКТ-ПЕТЕРБУРГ2016 г2Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет»Научный консультант:Доктор химических наук, профессор Костиков Рафаэль РавиловичОфициальные оппоненты:Доктор химических наук, профессор Масливец Андрей Николаевич,Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшегообразования Пермский государственный национальный исследовательскийуниверситетДоктор химических наук, профессор Махова Нина Николаевна,Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институторганической химии им.

Н.Д. Зелинского РАНДоктор химических наук, профессор Рамш Станислав Михайлович,Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшегообразования СПбГТИ (ТУ)Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИркутскийИнститут Химии им. А.Е. Фаворского СО РАН (ИрИХ им. А.Е. Фаворского СОРАН)Защита состоится ___________ 2016 г. в 15 часов на заседании диссертационногоСовета Д 212.232.28 по защите диссертаций на соискание ученой степени докторанаук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:199004, Санкт-Петербург, Средний пр., д. 41/43, химический факультет.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СанктПетербургского государственного университета, Университетская наб., д.

7/9 ина сайте www.spbu.ru.Автореферат разослан «____» ______________ 2016 годаУчёный секретарьдиссертационного Совета______________ (Сорокоумов В. Н.)3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Циклические азометинимины – соединения, включающие диполярный фрагмент из последовательно связанных атома углерода идвух атомов азота и имеющие два общих атома с циклической системой – в последнее время вновь привлекают внимание исследователей в плане возможностиих потенциального практического использования не только в лабораторном, но иболее широком масштабе. В литературе имеются примеры введения в лабораторную практику как каталитических, так и некаталитических процессов [3+2]-,[3+3]- и [3+4]- циклоприсоединения, в т.ч.

энантиоселективных, реакции метатезиса, внутри- и межмолекулярного присоединения/циклизации и др.N,N'-Циклические азометинимины, в которых общими с циклической системой являются оба атома азота, и C,N-циклические азометинимины, в которых общими являются атом углерода и азота, служат важными синтетическими блокамидля построения разнообразных полигетероциклических структур с конденсированными и спиросочлененными циклами в реакциях 1,3-циклоприсоединения ксоответствующим диполярофилам. Таким образом, N,N'- и C,N-циклические азометинимины применяются в направленном синтезе гетероциклических соединений и как субстраты, и как реагенты.В частности, N,N'-циклические азометинимины с остовом пиразолидинонаявляются удобными источниками получения производных бициклических соединений, проявляющих разнообразную биологическую активность (антибиотики,гербициды, ингибиторы ацетил-CoA карбоксилазы и т.д.).

C,N-Циклические азометинимины могут использоваться для синтеза аналогов производных дигидроизохинолина, проявляющих антимикробную, антивирусную или антипаразитарнуюактивность. Среди них есть примеры антиоксидантов, противораковых, нейролептических препаратов. Циклические азометинимины и их предшественники, а также продукты из них полезны в качестве светочувствительных компонентов перспективных материалов в молекулярной электронике и фотонике.К началу наших исследований в литературе практически отсутствовали данные о способах получения и химических превращениях нестабильных N,N'циклических азометиниминов, генерируемых in situ при термическом или каталитическом раскрытии связи углерод–азот в соответствующих бициклических диазиридинах. Выяснение условий образования и закономерностей последующихпревращений таких нестабильных циклических азометиниминов, например, впроцессах циклоприсоединения, несомненно, являются актуальными и представляют большой синтетический и теоретический интерес.Нами были разработаны или усовершенствованы общие методы синтеза источников и проведены исследования химического поведения стабильных и нестабильных N,N'-циклических азометиниминов на базе пиразолидина (5-членныециклы) или гексагидропиридазина (6-членные циклы), а также C,N-циклическихазометиниминов на базе 3,4-дигидроизохинолина (6-членные циклы).

Сравнение4разных методов образования, с одной стороны, позволило расширить круг используемых объектов, а, с другой стороны, выработать основы методологии синтезов с участием циклических азометиниминов. Проведенное систематическоеизучение региоселективности и диастереоселективности циклоприсоединенияэтих азометиниминов к различным диполярофилам, позволило выяснить влияниепространственных факторов, как в самих азометиниминах, так и в используемыхдиполярофилах. Полученные экспериментальные данные для разных N,N'- и C,Nциклических азометиниминов позволяют углубить наши знания о химии этих соединений и представляют исследователям полезные инструменты селективногосинтеза практически важных поликонденсированных гетероциклических соединений с конденсированными и/или cпиросочлененными циклами.Цель работы состояла в разработке эффективных и удобных методов получения предшественников нестабильных N,N'- и C,N-циклических азометиниминов– симметрично- и несимметричнозамещенных (n+3)-арил-1,(n+2)-диазабицикло[n.1.0]алканов (n = 3, 4) и производных 3,4-дигидроизохинолина, нагревание которых приводит к раскрытию диазиридинового цикла по связи C–N с образованиемазометиниминовых интермедиатов.

Работа включала изучение термических и каталитических превращений таких источников азометиниминов в присутствии различных активных диполярофилов или в их отсутствие, а также исследование кинетики и направления термического раскрытия диазиридинового цикла. Предполагалось систематическое исследование регио- и диастереоселективности 1,3диполярного циклоприсоединения генерированных in situ циклических азометиниминов к различным диполярофилам с целью выяснения влияния факторовстроения (положение и природа заместителей, пространственные характеристики)и способов генерации циклических азометиниминов, характера замещения в диполярофиле на стереохимический результат циклоприсоединения.

Для сравненияпланировалось исследовать пространственное течение реакций циклоприсоединения, а также регио- и диастереоселективность этих реакций для стабильных аналогов N,N'- и C,N-циклических азометиниминов. Наконец, сопоставить полученные экспериментальные данные с расчетными параметрами.Научная новизна работы. Впервые получен ряд симметрично и несимметричнозамещенных 6-арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанов, установлены основныезакономерности, определяющие направление раскрытия диазиридинового фрагмента по связи углерод–азот в бициклических диазиридинах с разным размером иположением циклов.

Установлено, что термолиз 6-арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанов и 7-арил-1,6-диазабицикло[4.1.0]гептанов в отсутствие диполярофиловпроисходит по-разному и приводит либо к 1-арилметил-2-пиразолинам, в первомслучае, либо к димерам соответствующих азометиниминов, во втором. Показано, чтогидразоны – [3,4-дигидро-2(1H)-изохинолил]-N-метиленамины – также могутвыступать в роли источников C,N-циклических азометиниминов со структурнымфрагментом 3,4-дигидроизохинолина.5Получены представители нового типа трициклических систем – 4а,7b-диазациклопента[cd]инден-7-онов – при последовательном циклоприсоединении нестабильных N,N'-циклических азометиниминов, генерированных при термолизе 6арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанов, к двум молекулам замещенных циклопропенонов.При изучении превращений стабильных и нестабильных циклических азометиниминов, генерированных различными способами, показано, что определяющеевлияние на диастереоселективность образования аддуктов циклоприсоединения оказывают стерические факторы.

Различная региоселективность обнаружена при циклоприсоединении N,N'- и C,N-циклических азометиниминов к N-арилитаконимидам.Автор защищает: достоверность полученных экспериментальных данных,правильность их обработки и интерпретации, установленные закономерности и сделанные на их основе обобщения.Практическая значимость работы. Разработана эффективная методология синтетического применения нестабильных и стабильных N,N'- и C,N-циклических азометиниминов для полученияразличных функционально замещенных гетероциклических соединений как с поликонденсированными, так и cпиросочлененными циклами. В том числе, замещенных пергидропиразоло[1,2-a]пирроло[3,4-c]пиразол-1,3-дионов, пергидропиразоло[1,2-a]-1,2,4-триазол-1-онов, пергидропиразоло[1,2-a]-1,2,4-триазол-1-тионов, пергидропирроло[3',4':3,4]пиразоло[5,1-a]изохинолин-9,11-дионов, 6,13-бисарилоктагидродипиридазино[1,2-a:1',2'-d]-1,2,4,5-тетразинов, 10-(арил)-2-(арил')гексагидропирроло[3',4':3,4]пиразоло[1,2-a]пиридазин-1,3(2H,3aH)-дионов, 5-арил1,2,6,7a-тетрафенил-3,4,5,6,7,7a-гексагидро-2aH-4a,7b-диазациклопента[cd]инден-7онов, 1-мезитил-3'-арил-5',5'-диметилспиро(пирролидин-3,1'-тетрагидро-1H,5H-пиразоло[1,2-a]пиразол)-2,5,7'-трионов,1-мезитил-3'-ароилспиро[пирролидин-3,1'(1,5,6,10b-тетрагидро-2H-пиразоло[5,1-a]изохинолин)]-2,5-дионов и др. Показано, что нестабильные N,N'- и C,N-циклические азометинимины легковступают в реакции циклоприсоединения с активными диполярофилами – N-арилмалеимидами, производными фумаровой кислоты, арилизоцианатами, арилизотиоцианатами, N-арилимидами 2-арилмалеиновой и цитраконовой кислот, Nарилитаконимидами, диметилацетилендикарбоксилатом и этилпропиолатом, замещенными циклопропенонами. В результате систематического изучения характера, положения и степенизамещения в компонентах реакции установлены основные закономерности ихвлияния на направление и селективность последующих химических превращений,что может быть использовано в регио- и стереоконтролируемых процессахполучения желаемых продуктов.6 Найденные методы термического и/или каталитического образования пяти ишестичленных нестабильных и стабильных N,N'- и C,N-циклическихазометиниминовиустановленныезакономерностиихпоследующейтрансформации вносят заметный вклад в химию циклических азометиниминов изначительно расширяют сферу использования этих объектов в органическомсинтезе.Апробация работы.