Автореферат (1150111), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Но слабыенуклеофильные свойства анионов TfO¯ и HSO4¯, и, что более важно, участие в этомпревращении хлорзамещенного пиримидина, а также установленная роль воды,позволяют утверждать, что в ходе реакции происходит замещение всейметоксигруппы, а не отщепление метильного катиона от атома кислорода.Сохранение MeO-группы в спирокатионе из пиримидина 5f в TfOH подтверждаетнаши рассуждения.Таким образом, присутствие в пара-положении ароматического кольцазаместителей с +М эффектом определяет региоселективность реакции и отвечает заформирование спиросистемы, несмотря на потерю ароматичности.
Реакцияэлектроноизбыточного пиримидина 5f протекает по пути В как в серной, так и втрифторметансульфоновой кислотах. Для активированного двумя метоксигруппами13субстрата 5g возможны оба направления циклизации, что и было реализовано.Действительно, при комнатной температуре образовывалась смесь продуктов спреобладанием спиросоединения 22g, тогда как при ее понижении был получентолько бензохиназолин 21g. Заместитель с менее выраженным +М эффектом впиримидине 5е (R=Cl) приводил к ипсо-циклизации в серной кислоте, чемуспособствовало замещение хлора водой; тогда как в безводной TfOH происходилоформирование сопряженной конденсированной системы 21е.Для проверки наших предположений о механизме были рассчитаны барьерыреакций и энергии предложенных катионных интермедиатов методом DFT вприближении B3LYP/6-31+g(d,p) с полной оптимизацией геометрии.1Вначале были рассчитаны пути превращения хлорсодержащих арилвинильныхкатионов 24е из пиримидина 5е в воде и серной кислоте.
Изменение растворителяпрактически не влияло на найденные значения энергий катионов, поэтому всерасчеты для серной кислоты можно экстраполировать на TfOH, так как еедиэлектрическая проницаемость должна быть близка к значениям H2SO4.Меньшее значение барьера для ипсо-циклизации 24е в 26е, чем для ортоциклизации в 25е предполагает, что спироцикл 26е является кинетическиконтролируемым продуктом.
При последующем гидролизе этот путь реакцииявляется главным. Однако, изомерный катион 25е значительно стабильнее, чем 26е(примерно на 15 ккал/моль), т.е. орто-атака термодинамически более выгодна. Всоответствии с этим, в спектре ЯМР 1Н пиримидина 5е в TfOH обнаружен толькодипротонированный бензохиназолин 21е, тогда как в серной кислоте под действиемводыобразуетсяспиросоединение22f.Результатреакциив90%трифторметансульфоновой кислоте также подтверждает наши предположения.Рисунок 2. Энергетический профиль превращения катионов 24e (слева) и 24f (справа).Относительные свободные энергии Гиббса (в ккал моль–1, 298 K, модель PCM для H2SO4 илиH2O (в скобках)) рассчитаны в приближении B3LYP/6-31+g(d,p).Интересно, что ипсо-циклизация винильного катиона 24f из метоксизамещенного пиримидина 5f в спиро-катион 26f является безбарьерным процессом, а1Квантово-химические расчёты выполнены проф.
А. Ф. Хлебниковым.14выигрыш в энергии составляет около 14 ккал/моль. Таким образом, образованиеспироцикла 22f является кинетически и термодинамически выгодным, что объясняетего получение в TfOH и H2SO4 как единственного продукта.2.2.2 Электрофильная циклоизомеризация (фенилэтинил)пиридинов ихинолиновЭлектрофильная циклоизомеризация 2-арил-3-(фенилэтинил)пиридинов 11, восновном, протекала аналогично реакции пиримидинов. Данные субстраты должныбыть более активными, так как их центральное ядро менее электронодефицитное.Однако на примере соединения 11а установлено, что они, как и пиримидины 5,инертны к действию трифторуксусной кислоты – реакция не происходила даже принагревании.
Обработка пиридина 11а TfOH при комнатной температуре вызывала егоколичественную конверсию в соответствующий бензохинолин 28а всего за 15 минут,что подтверждает повышенную реакционную способность производных пиридина.Хинолины 28b-e,h,i,k также были получены с отличными выходами, при этом такиеакцепторные заместители как F или CF3 не препятствовали протеканию реакции.2-(4-Метоксифенил)-3-(фенилэтинил)пиридин 11f, в отличие от пиримидиновогоаналога 5f, реагировал с образованием смеси продуктов, главным из которых былхинолин 28f, а не спиросоединение 29. Интересно, что понижение температурыпроведения реакции смещало направление циклизации в сторону спироцикла 29, чтопозволило получить его с выходом 93%.
Из диметиламинозамещенного пиридина 11gв TfOH по данным спектроскопии ЯМР 1Н была получена смесьнеидентифицированных соединений, в которой отсутствовал ожидаемый продуктциклизации, бензохинолин 28g. Очевидно, что в TfOH происходило протонированиеMe2N-группы, что делало ее сильно электроноакцепторной и препятствовало атакевинильного катиона на арильное кольцо.Пиридин 11j, содержащий во втором положении несимметрично замещенныйфенильный фрагмент, давал смесь изомеров. При этом их соотношение явно15определялось не стерическими факторами, поскольку главным оказался продуктциклизации в орто-положение к атому хлора в арильном заместителе 28j, которогообразовалось в 2.5 раза больше, чем хинолина 28j’.Циклизация замещенных бензаннелированных аналогов пиридина – хинолинов17a,b протекала гладко, хотя требовала для полной конверсии субстратов большеговремени – одного часа.
Выходы бензо[c]акридинов 31a,b оказались близки кколичественным.Длядальнейшегосравненияповеденияприэлектрофильнойциклоизомеризации пиридинов 11 и пиримидинов 5 изучены превращениягалогенсодержащих субстратов 11d,e в серной кислоте. Пиридин 11d образовал смесьпродуктов 28d и 29 в соотношении 2.5:1 и общим выходом 73%, тогда какединственным продуктом циклизации хлорзамещенного пиридина 11е, в отличие отпиримидинового аналога 5е, оказался бензохинолин 28е, а не спироцикл 29.
Атомфтора по сравнению с хлором обладает более сильным +М эффектом, способствуястабилизации положительного заряда при ипсо-циклизации, а также легчеподвергается нуклеофильному замещению, что содействовало образованию спиропродукта.Диметиламинозамещенный пиридин 11g, не циклизовавшийся в TfOH, всерной кислоте дал продукт гидратации тройной связи 30 с отличным выходом.По-видимому, как и в TfOH, происходило протонирование не только ацетиленовойсвязи, но и группы Me2N, что приводило к дезактивации арильного заместителя,препятствующей электрофильной атаки на него.
Однако присутствие нуклеофильногоагента, легко присоединявшегося к винильному катиону, позволило получитьединственный продукт. В отличие от подобного превращения пиримидина 5с, здеськетоформа продукта гидратации оказалась стабильнее, чем енольная.Поскольку результаты реакций пиридинов 11 и хинолинов 17, в общем,совпадают с таковыми для пиримидинов 5, можно предположить, что циклизациипротекают по одинаковым механизмам. Также можно отметить бóльшуюреакционную способность субстратов с одним гетероатомом в центральном ядре время их полной конверсии составляло от 15 минут до одного часа, вместо 2 часов16для пиримидинов 5.
Направление циклизации пиридинов с +М заместителямисмещено в сторону формирования более термодинамически устойчивой сопряженнойконденсированной системы бензохинолинов 28, а не спироциклогексадиенона 29, чтохорошо видно как по реакциям метоксизамещенного субстрата 11f в TfOH, так и попревращениям галогенсодержащих пиридинов 11d,e в серной кислоте.2.2.3 Циклоизомеризация пиридинов и хинолинов с терминальнойтройной связьюНашей следующей целью было проведение циклоизомеризации субстратов стерминальной тройной связью. Как и ожидалось, предварительные эксперименты напримере 2-фенил-3-этинилпиридина 13а показали, что при электрофильнойактивации такие соединения не циклизуются. Его обработка TfOH не приводила ккакой-либо реакции, что может быть объяснено отсутствием при ацетиленовомфрагменте группы, стабилизирующей положительный заряд.
Поэтому далее мыперешли к использованию эффективных по литературным данным условийциклизации орто-алкинилбифенилов при действии кислот Льюиса. Бензо[h]хинолин32а удалось получить нагреванием пиридина 13а с 10 % мол PtCl2 в толуоле при80 °С в течение 20 часов, однако выход составил только 17%. Повышениетемпературы до 110 °С привело к увеличению выхода до 67%. Проведение реакциипри 130 °С не улучшало результат, а соли других металлов, такие как InCl3, GaCl3 иYb(OTf)3 оказались неэффективными катализаторами.С учётом этого, циклизация пиридинов 11b-k с различными заместителямибыла далее проведена на PtCl2 (10 % мол) в толуоле при 110 °С. Алкильная группа впара-положениифенильногокольцаспособствовалареакции,выходсоответствующего 8-этилбензо[h]хинолина 32b составил 80%, тогда как конверсиясубстратов с электроноакцепторными заместителями через 20 часов составила только~50 %, для завершения их циклизации потребовалось 48 часов, а продукты 32с-е быливыделены с выходами 58-67%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
