Диссертация (Реакции азометиниминов, нитронов, нитрилоксидов с замещенными N-винилпирролами и индолами)

Санкт-Петербургский государственный университетНа правах рукописиЕфремова Мария МихайловнаРеакции азометиниминов, нитронов, нитрилоксидов с замещеннымиN-винилпирролами и индоламиСпециальность 02.00.03 – органическая химияДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководитель:д.х.н., проф. Молчанов А.П.Санкт-Петербург2017СодержаниеВведение………………………………………………………………………………………….31. Обзор литературы: Кислоты Льюиса в реакциях циклоприсоединения нитронов иазометинимнов………………………..………………………………………………………….61.1 Кислоты Льюиса как катализаторы в реакциях (3+2)-циклоприсоединения……………61.1.1 Влияние кислот Льюиса на региоселективность (3+2)-циклоприсоединения………...81.1.2 Влияние кислот Льюиса на диастереоселективность (3+2)-циклоприсоединения…..121.1.3 Асимметрическое (3+2)-циклоприсоединение…………………………………………181.2 Реакции формального (3+3)-циклоприсоединения нитронов и азометиниминов….......221.2.1 (3+3)-Циклоприсоединение 1,1-циклопропандикарбоксилатов и других малыхциклов……………………………………………………………………………………..….....231.2.2 (3+3)-Циклоприсоединение нитронов и азометиниминов к винилдиазоацетатам…..331.2.3 (3+3)-Циклоприсоединение азометиниминов к азометинилидам…………………….392.

Обсуждение результатов………………………………………………………………....….412.1 Цель работы и выбор объектов исследования……………………………………………412.2 Синтез исходных соединений……………………………………………………………...422.3 Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения к N-винилпирролам…………….…….442.3.1 Циклоприсоединение нитрилоксидов к N-винилпирролам………….………………...442.3.2 Циклоприсоединение азометиниминов к N-винилпирролам………………………….482.3.3 (3+2)-Циклоприсоединение нитронов к 1-винил-4,5-дигидро-1Н-бензо[g]индолу….532.3.4 (3+2)-Циклоприсоединение нитрилоксидов и нитронов к N-винилиндолу…………..542.4 Реакции формального (3+3)-циклоприсоединения азометиниминов и нитронов кN-винилпирролам……………………………………………………………………………….562.4.1 (3+3)-Циклоприсоединение азометиниминов………………………………………….562.4.2 (3+3)-Циклоприсоединение нитронов…………………………………………………..612.5 Взаимодействия N-пропадиенилиндолов и пирролов с нитронами инитрилоксидами………………………………………………………………………………...682.5.1 (3+2)-Циклоприсоединение нитронов…………………………………………………..702.5.2 (3+2)-Циклоприсоединение нитрилоксидов……………………………………………7723.

Экспериментальная часть……………………………………………..…………………….793.1 Синтез исходных соединений……………………………………………………………..793.2 Реакции (3+2)-циклоприсоединения диполей к N-винилпирролам…………………….803.3 Реакции формального (3+3)-циклоприсоединения азометиниминов и нитронов кN-винилпирролам……………………………………………………………………………..1023.4 Циклоприсоединение нитронов и нитрилоксидов к алленам……………………...…..120Выводы………………………………………………………………………………………...138Список использованной литературы………………………………………………………...139Приложения…………………………………………………………………………………...1543ВведениеСегодня 1,3-диполи нашли широкое применение в органическом синтезе какстроительные блоки для получения сложных гетероцикличесикх систем.

Наиболееизученными для них являются реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения к кратнымсвязям. Данные реакции представляют собой удобный способ синтеза пятичленныхгетероциклов, так как позволяют вовлечь широкий круг функционализированыхсубстратов и с высокой селективностью генерировать до четырех стереоцентров за однустадию.Добитьсяиспользованиевысокойврегио-реакцияхистереоселективности1,3-диполярногопроцессациклоприсоединенияпозволяетразличныхкатализаторов, в частности, кислот Льюиса.В то же время, активно изучаются новые пути синтетического использования1,3-диполей, в частности реакции формального (3+n)-циклоприсоединения. Одними изнаиболееизученныхреакцийданноготипаявляютсяреакцииформального(3+3)-циклоприсоединения.

Данные реакции, на ряду с [4+2]-циклоприсоединением,позволяют получать разнообразные шестичленные гетероциклы в одну стадию с высокойрегио- и стереоселективностью.Пиррольныйкомпонентамиииндольныйприродныхфрагментысоединений.являютсяСоединения,важнымисодержащиеструктурнымипиррольныйииндольный фрагменты, проявляют широкий спектр фармакологических свойств, крометого, производные пиррола используются для получения электропроводящих полимеров иоптоэлектронных материалов. Одним из универсальных типов реакционноспособныхносителей пиррольного фрагмента, представляющим в последнее время повышенныйинтерес для использования в органическом синтезе, являются N-винилпирролы.

Данныесоединения стали широко доступны благодаря открытию и систематическому изучениюреакции Трофимова. Благодаря сочетанию кратной связи с высоко реакционноспособнымпиррольным фрагментом данные субстраты являются перспективными для использованияв реакциях с 1,3-диполями, а исследование их реакционной способности являетсяактуальной научной задачей.Цель работы и решенные задачи. Исследование взаимодействия 1,3-диполей –азометиниминов, нитронов, нитрилоксидов с замещенными N-винилпирролами ииндолами, изучение регио- и стереоселективности циклоприсоединения, а также влияниякислот Льюиса на направление и селективность процесса.

Разработка эффективныхметодов синтеза гетероциклических соединений, содержащих пиррольные и индольныефрагменты.4Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:1. осуществлен синтез исходных 1,3-диполей (нитронов, азометиниминов) изамещенных N-пропадиенилпирролов, N-винил- и N-пропадиенилиндола.2. изучены регио- и стереоселективность 1,3-диполярного циклоприсоединенияN-винилпирролов и индола с 1,3-диполями: нитрилоксидами, азометиниминами инитронами.3. определены и оптимизированы условия формального (3+3)-циклоприсоединенияазометиниминов и нитронов к N-винилпирролам, изучено влияние кислот Льюиса нанаправление реакции.4. исследованы регио- и стереоселективность диполярного циклоприсоединенияN-пропадиенилпирролов и индола с 1,3-диполями: нитронами и нитрилоксидами.Содержание работы.

Диссертация имеет традиционную структуру и состоит извведения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части,выводов,списка(литературномиспользованнойобзоре)циклоприсоединениялитературыобсуждаетсянитроновииприложений.использованиекислотазометиниминов,особоеВЛьюисапервойввниманиеглавереакцияхуделяетсякаталитическим реакциям формального (3+3)-циклоприсоединения. Во второй главеобсуждаются результаты, полученные при исследовании реакций 1,3-диполей –азометиниминов, нитронов, нитрилоксидов с замещенными N-винилпирролами ииндолами. В экспериментальной части приведены методики проведения реакций иописаны спектральные данные и физические характеристики полученных соединений.51.

Обзор литературы: Кислоты Льюиса в реакциях циклоприсоединениянитронов и азометиниминов1,3-Диполи, и в частности нитроны и азометинимины нашли широкое применение всинтезе гетероциклических соединений. Наиболее широко изученными являются реакции1,3-диполярного циклоприсоединения, которые представляют собой мощный инструментдля синтеза пятичленных гетероциклов.[1-4]нитроныазометиниминыКислоты Льюиса нашли широкое применение как катализаторы в реакциях1,3-диполярного циклоприсоединения. Их использование позволяет проводить реакции вболее мягких условиях, а также оказывать влияние на регио-, диастерео- иэнантиоселективностькатализаторовциклоприсоединения.позволяеттакжеВвовлечьнекоторых1,3-диполивслучаяхприменениереакции(3+3)-и(3+4)-циклоприсоединения.

Стоит отметить, что подобные реакции не являютсятипичными для 1,3-диполей и гораздо менее изучены по сравнению с реакциями(3+2)-диполярного циклоприсоединения.В рамках данного обзора рассмотрено использование кислот Льюиса в качествекатализаторовипромоторовдляреакцийциклоприсоединениянитроновиазометиниминов – двух классов достаточно близких по реакционной способности1,3-диполей аллиланионного типа. Обзор разделен на два основных раздела. В первомрассматриваются реакции (3+2)-циклоприсоединения к кратным связям углерод-углерод,наиболее характерные для 1,3-диполей. Во втором разделе представлены реакцииформального (3+3)- и (3+4)-циклоприсоединения, значительно менее изученные посравнению с (3+2)-циклоприсоединением и вызывающие повышенный интерес.1.1 Кислоты Льюиса как катализаторы в реакциях (3+2)-циклоприсоединенияСегодня, 1,3-диполярное циклоприсоединение, в соответствии с определением,предложенным Р.

Хьюсгеном, принято рассматривать как согласованный асинхронныйпроцесс [5].6Всоответствиистеориейграничныхорбиталейпредполагается,чтоциклоприсоединение идет через переходное состояние, которое реализуется за счетперекрывания высшей занятой молекулярной орбитали (ВЗМО) одного реагента с низшейсвободной молекулярной орбиталью (НСМО) другого реагента. Таким образом, реакцииреакций 1,3-диполярного циклоприсоединения можно классифицировать по типувзаимодействующих граничных орбиталей. Первый тип: ВЗМО диполя взаимодействует сНСМО диполярофила.

Второй тип: орбитали диполя и диполярофила близки по энергии,могутреализовыватьсявзаимодействиедвамежду НСМОтипавзаимодействия.диполяиВЗМОТретийалкена.тип:преобладаетСчитается,чтодляазометиниминов характерны реакции 1-го типа, для нитронов, 2-го типа. Однако,введение электрон-донорных или электрон-акцепторных заместителей в диполь илидиполярофил может приводить к смене типа орбитального взаимодействия.[6]Кислоты Льюиса при добавлении к реакционной смеси могут связываться как сдиполем, так и с диполярофилом (в зависимости от их строения).7В случае образования комплекса кислоты Льюиса с алкеном (например, ссопряженной карбонильной группой) происходит понижение энергии граничныхорбиталей алкена по сравнению с алкеном, несвязанным в комплекс.