Каскадные реакции диазокарбонильных соединений с илидами пиридиния и трифенилфосфония

• Автор: Дорохов, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 96 с. : ил.

1. ВВЕДЕНИЕ
Высокая реакционная способность а-диазокарбонильных соединений и наличие в них нескольких реакционных центров делают химические превращения и синтетические возможности этих соединений весьма многообразными. При этом главной особенностью диазоэфиров и диазокетонов, как и вообще всех алифатических диазосоединений, является способность их реагировать с сохранением или элиминированием диазофрагмента. Среди превращений первого типа наиболее характерными являются реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения к субстратам, содержащим кратные связи. Вторая группа реакций, протекающих с выделением молекулы азота, в основном характеризуется генерированием карбенов, их комплексов с переходными металлами, а также катионоидных реагентов и бирадикалов. Дальнейшие превращения этих высокореакционноспособных интермедиатов достаточно многообразны и могут сопровождаться внедрением фрагмента :СВС02А1к в одинарные связи (в частности, в связи С И и С-гетероатом), присоединением по кратным связям (в том числе ароматическим) с образованием трехчленных циклов или к гетероатомам, давая илиды и продукты их превращений и т.п.
Другим важным классом органических интермедиатов являются илиды — диполярные соединения, в которых карбанионная часть молекулы ковалентно связана с положительно заряженным гетероатомом. Помимо широко известных илидов серы и фосфора в последние годы значительное внимание уделяется реакционноспособным илидам азота, в частности илидам пиридиния. При этом среди химических превращений обоих классов рассматриваемых интермедиатов определенный интерес представляют процессы, связанные с возможностью совместного взаимодействия диазосоединений и илидов. На момент начала наших исследований были известны лишь единичные примеры реакций диазосоединений с илидами фосфора, приводящие к образованию азинов. Однако этот факт, в свое время, не получил должного внимания из-за возможности получения этих же соединений более традиционным способом — путем конденсации карбонильных соединений с гидразином.
В настоящей работе впервые исследованы каскадные превращения диазоэфиров и диазокетонов с а-карбонилсодержащими илидами азота и фосфора, отражающие новый подход к синтезу полифункциональных пиразолов и пиридазинов. При этом в одну экспериментальную стадию из простых и доступных соединений происходит формирование функционально замещенных азагетероциклов, которые трудно осуществить другими методами, в частности методами «гидразонной» химии, что делает актуальным развитие данной методологии.
Настоящая работа преследует две основные цели. Первая из них заключается в изучении механистических аспектов каскадных реакций диазокарбонильных соединений с илидами, неожиданным образом приводящих к образованию производных пиразола и пиридазинов. Вторая включает создание селективных методов синтеза определенных классов полифункциональных азагетероцикли-ческих соединений. В рамках этих задач было поставлено изучение зависимости направления протекания реакции от природы заместителей в исходных субстратах, влияния стерических и электронных факторов, возможности модификации функциональных групп с целью получения замещенных пиридазинов как синтонов новых перспективных веществ, в том числе препаратов, применяемых в медицине.
В результате проведенных исследований удалось предложить новый метод синтеза полизамещенных азагетероциклов на основе реакций а-диазокарбо-нильных соединений с илидами пиридиния и трифенилфосфония, содержащими карбонильную или сложноэфирную группы. Показано, что эти реакции носят каскадный характер; при этом первоначальное взаимодействие илидов фосфора или пиридиния приводит к реакционноспособным азинам, способным реагировать еще с одной или двумя молекулами исходных илидов с образованием полифункциональных соединений, легко подвергающихся гетероциклизации в новые синтетически интересные гетероциклы. Изучены также некоторые химические превращения синтезированных гетероциклов, протекающие с участием различных функциональных групп. Полученные соединения могут представлять интерес в качестве синтонов или близких аналогов соединений, проявляющих противовоспалительную (anti-inflammatory), снотворную (hypnotic) и болеутоляющую (analgesic) активность.

2. ИЛИДЫ АЗОТА. ПРИМЕНЕНИЕ В ОРГАНИЧЕСКОМ
СИНТЕЗЕ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
Илиды — дииолярные соединения, в которых карбаниониая часть молекулы ковалентно связана с положительно заряженным гетероатомом, привлекают внимание химиков, как с теоретической, так и с практической точки зрения, что обусловливает широкое использование их в органическом синтезе вследствие специфической реакционной способности.
В 20-х годах прошлого века в рамках изучения соединений пятивалентного азота Шленк и Хольц [1] исследовали взаимодействие трифснилметилнатрия с хлористым тетраметиламмонием и выделили кристаллический продукт красного цвета, нерастворимый в органических растворителях. Полученному соединению приписали структурную формулу (1).
РИзСЫа + (СН3)4МС1 — СРИ3-Н(СНз)4 + №С1

Позднее Хагер и Марвелл [2] изучили взаимодействие бромида бензилтриэгил-аммония 2 с этиллитием, однако им не удалось выделить ожидаемый продукт 2, в котором все заместители были бы соединены непосредственно с атомом азота.
Р1|СН2М(С2Н5)3Вг + С2Н5и -Р|->Н2С-М(С2Н5)4+ УВг

Из этого эксперимента был сделан вывод, что соединение 1 не является производным пятивалентного азота, а, скорее всего, является органической солью 1а, содержащей трифеиилметильный карбанион.

РЬ3С№ + (СН3)4МС1 ► ^СН3)4 СРЛз + N301

В 1929 году Ингольд и Джессоп [3] обнаружили, что при действии оксида серебра на раствор 9-флуоренилметиламмонийбромида последний окрашивается в пурпурный цвет, а при действии на полученное соединение кислотой окраска пропадает, что позволило предположить образование в растворе

реакция останавливалась на стадии образования азинов состава 1 : 1 [53], что вполне отвечает возможности образования азина 20 в нашем случае.
РИНгС
12С © ©
+ Р(13Р-СНР11

РИС=Ы-М=СНРЬ + Р1пС=М—Ы=РРИ3
СН2РИ
СН2РГ|
В свою очередь образование азина типа 20 можно легко представить путем взаимодействия исходных илидов пиридиния или трифенилфосфония с
алкилдиазоацетатом и последующим элиминированием пиридина или РРЬ3. Таким образом, можно предложить механизм процесса, согласно которому реакция носит каскадный характер и на первой стадии ее происходит образование ковалентной связи между илидным атомом углерода и терминальным атомом азота диазоэфиров с формированием диазадиеновой структуры 20 за счет элиминирования
илидообразующей молекулы (пиридина или РРЬ3). Образовавшийся интермедиат вследствие наличия электроноакцепторных заместителей в терминальных положениях является высоко реакционноспособным и реагирует со следующей молекулой илида. При этом при использовании илида фосфония 18 реакция останавливается на образовании нового илида 19, а при использовании
дизамещенных илидов пиридиния — на стадии образования диазадиенов 16 и 17. В случае же монозамещенного илида 6 образовавшийся диазадиен, содержащий фрагмент N=013, реагирует еще с одной молекулой исходного илида и после элиминирования молекулы пиридина дает азины 10 (12), которые в данных условиях уже не способны к дальнейшим реакциям с илидами. Их реакционная способность обусловливается изомеризацией в диазадиены 11 (13) и циклизацией в производные тетрагидропиридазина или пиррола. Суммарный механизм происходящих превращений представлен на следующей схеме (положение отрицательного заряда в анионной части образующихся бетаиновых структур и конформационное положение заместителей показано условно).