Функционализация пиразольного цикла на основе 3,5-динитропиразолов

• Автор: Зайцев, Александр Александрович
• Шифр специальности: 02.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 225 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ДИНИТРОПИРАЗОЛЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1.1,3-Динитропиразолы и 1,5-дшштропиразолы
1.1.1. Синтез 1,3- и 1,5-динитропиразолов
1.1.2. Свойства 1,3-и 1,5-динитропиразолов
1.2. 1,4-Динитропиразолы
1.2.1. Синтез 1,4-динитропиразолов
1.2.2. Свойства 1,4-динитропиразолов
1.3. 3,4-Дннитропиразолы и 4,5-динитропиразолы
1.3.1. Синтез 3,4- и 4,5-динитропиразолов
1.3.2. Свойства 3,4- и 4,5-динитропиразолов
1.4. 3,5-Динитропиразолы
1.4.1. Синтез 3,5-динитропиразолов
1.4.2. Свойства 3,5-динитропиразолов
2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
2.1. Сравнительная подвижность нитрогрупп в положениях 3 и 5 пиразольного цикла в реакциях нуклеофильного замещения
2.2. Синтез и превращения 1,4-диметил-3,5-динитропиразола. Функционализацин пиразольного цикла и его аннелнрование гетероциклическими фрагментами
2.2.1. Препаративный синтез 1,4-диметил-3,5-динитропиразола и его поведение в реакциях нуклеофильного замещения
2.2.2. Функционализация пиразольного цикла на основе продуктов модификации 4-СНз-группы в 1,4-диметил-3,5-динитропиразоле
2.3. О причинах региоспецифического нуклеофильного замещения 5-Ж>2-группы в 3,5-динитропиразолах
2.4. Синтез и превращения 1-К-4-метил-3,5-динитропиразолов, где R - электроноакцепторная группа и (или) А-защитная группа
2.4.1. Препаративный синтез 1-(2,4-динитрофенил)-4-мстил-3,5-динитропиразола и его химические превращения
2.4.2. Синтез и химические превращения 1-(3,5-динитрофепил)-4-метил-3,5-динитро пиразола
2.4.3. Синтез и химические превращения 4-метил-1-метоксиметил-3,5-динитропиразола
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 (к литерату рному обзору)
Ир пложение 2 (к обсуждению результатов)
Приложение 3. Условные обозначения, используемые в диссертации
Введение
Многие производные пиразола являются основой для создания широкого круга фармацевтических и агрохимических препаратов, компонентов современных красителей и люминофоров, материалов для нелинейной оптики, конденсационных мономеров и т. п. Особо следует отметить многостороннюю биологическую активность производных пиразола: за последние три десятилетия были созданы новые эффективные
пиразолсодержащие препараты с антимикробной, антивирусной, аитиопухолевой, антигистаминной, антидепресантной, жаропонижающей, фунгицидной, антидиабетической, офтальмологической и др. активностями.
В этой связи создание новых подходов к функционализации и аннелированию пиразольного цикла представляется весьма актуальным. Настоящая работа выполнена в лаборатории ароматических азотсодержащих соединений (№18) Института Органической Химии им. Н.Д. Зелинского РАН и является продолжением систематических исследований, проводимых в этой лаборатории, посвященных химии нитропиразолов и разработке новых методов синтеза гетероциклических соединений на их основе.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), грант №04-03-33097.
Ранее были продемонстрированы большие возможности многоцелевой функционализации пиразольного цикла путем введения нитрогрупп(ы) в молекулу пиразола, однако для этого практически не использовались 3,5-динитропиразолы. Целью настоящей работы является создание методов функционализации и аннелирования пиразольного цикла на основе 1-11-4-метил-3,5-динитропиразолов. Такой выбор исходных объектов не случаен. На основе этих соединений, в принципе, возможно введение новых заместителей в пиразольный цикл, во-первых, за счет нуклеофильного замещения нитрогруппы и, во-вторых, за счет модификации метальной группы. Последняя в 4-метил-3,5-динитропиразолах активирована электроноакцепторным влиянием двух соседних нитрогрупп, что должно позволить введение функциональных группировок в положение 4, в том числе способных к внутримолекулярной циклизации. В случае легко удаляемого 1 -И-заместителя может быть сформирован еще один реакционный центр — эндоциклический ЫН-фрагмент. Наличие в положении 4 цикла метального заместителя, устойчивого к действию нитрующей смеси, делает 1-К-4-метил-3,5-динитропиразолы потенциально доступными объектами - они в принципе могут быть синтезированы одностадийным нитрованием 1 -К-4-метилпиразолов.

В результате проведенных исследований:
• показано, что в 3- и 5-нитропиразолах подвижность нитрогруппы в реакциях нуклеофильного замещения в положении 5 намного выше, чем в положении 3;
• впервые систематически изучены подходы к функциопализации и аннелированию пиразольного цикла с помощью производных 3,5-динитрогшразола — 1-11-4-метил-3,5-динитропиразолов, для которых разработаны препаративные способы получения; при изучении их свойств обнаружено, что нуклеофильное замещение нитрогруппы происходит региоспецифически - замещается только б-ФЮг-группа;
• на основе продуктов модификации (окисление, конденсация с диметилацеталем диметилформамида и ароматическими альдегидами) 4-СНз-группы в 1-11-4-метил-3,5-динптропиразолах разработаны способы введения различных функциональных групп в положение 4, в том числе способных к внутримолекулярной циклизации;
• используя региоспецифическое нуклеофильное замещение 5-ЛОг-группы в продуктах модификации 4-СНз-группы в 1-11-4-метил-3,5-дипитропиразолах разработаны методы синтеза широкого круга ранее неизвестных 5-2-3-нитропиразолов, а также пиразолсодержащих бициклических гетеросистем с нитрогруппой в пиразольном фрагменте;
• разработан метод синтеза соответствующих тУ-незамещенных 3,5-динитропиразолов на основе нуклеофильного замещения 3,5-динитропиразолат-анионов в 4-замещенных 1-(2,4-динитрофенил)-3,5-динитропиразолах;
• разработан метод синтеза соответствующих Л'-незаметцсиных 5-2-3-нитропиразолов, используя возможность временного введения защитной метоксиметильной группы в положение 1 пиразольного цикла.
По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, 3 статьи приняты к печати. Отдельные части работы были доложены на I Молодежной конференции ИОХ РАН (Москва,
В ИК-спектрах 1,4-динитропиразолов наблюдаются характерные полосы поглощения с частотами 1630-1680 см'1 (аномально низкие значения 1552 и 1575 см'1 приведены в работах [39] и [42] для соединений 30 и 34а соответственно) и 1270-1290 см'1, соответствующие антисимметричным и симметричным колебаниям NN02-rpynnbi, а также полосы поглощения с частотами 1510-1580 см'1 (аномально низкие значения 1552 и 1575 см'1 приведены в работах [46] и [47] для соединений 38а и 38Ь соответственно) и 1315-1380 см'1, соответствующие антисимметричным и симметричным колебаниям С15Г02-групп(ы).
В спектрах 'li ЯМР 1,4-динитропиразолов значения химических сдвигов атомов НЗ и Н5 наблюдаются в интервалах 8.12-8.21 и 9.00-9.91 м.д. соответственно и зависят от химического окружения этих атомов. Сигналы протонов 3- и 5-Ме-групп в спектрах *Н ЯМР метил-1,4-динитропиразолов наблюдаются при 2.36-2.73 и 3.02-3.12 м.д. соответственно.
В спектрах 13С ЯМР 1,4-динитропиразолов значения химических сдвигов атомов СЗ, С4 и С5 наблюдаются в интервалах 135.51-150.28, 126.48-137.09 и 124.38-142.21 м.д. соответственно и зависят от химического окружения этих атомов. Сигналы углеродов З-Ме-и 5-Ме-групп в спектрах 13С ЯМР метил-1,4-динитропиразолов наблюдаются в интервале 13.50-14.02 и 12.97-13.15 м.д. соответственно.
В спектрах 15N ЯМР 1,4-динитропиразолов значения химических сдвигов атомов азота N1, N2, NNO: и C4NÜ2 наблюдаются в интервалах -109.91-М 17.01; -88.62—98.58; -58.88--68.65 и -18.91М0.76 м.д. соответственно.
Данные о свойствах 1,4-динитропиразолов приведены в табл. 2. приложения 1.