Реакция внутримолекулярного ароматического нуклеофильного замещения нитрогруппы в синтезе гетероциклических соединений

• Автор: Смирнов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 338 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Нуклеофильное ароматическое замещение

1.1.1 Механизм реакции активированного нуклеофильного

ароматического замещения.

1.1.2 Движущая сила 5дАг реакций.

1.1.3 Влияние природы уходящей группы

1.1.4 Влияние природы нуклеофила.

1.1.5 Роль среды в 5лАгреакциях.

1.1.6 бкАгреакции, протекающие на межфазной поверхности

1.1.7 Перегруппировка Смайлса
1.2 Внутримолекулярное нуклеофильное ароматическое замещение нитрогруппы в синтезе гетероциклических систем
1.2.1 Синтез пятичленных гетероциклических соединений
Реакции с участием Онуклеофилов
Реакции с участием 5нуклеофилов
Реакции с участием Унуклеофилов
Реакции с участием Сну клеофилов.
1.2.2 Синтез шестичленных гетероциклических соединений.
Реакции с участием Онуклеофилов
Реакции с участием 5нуклеофилов
Реакции с участием Ануклеофштов.
Реакции с участием Снуклеофилов
1.2.3 Синтез семичленных гетероциклических соединений
Реакции с участием Онукпеофилов
Реакции с участием 5нуклеофилов
Реакции с участием Ануклеофилов.
з
1.2.4 Синтез восьмичленных гетероциклических соединений.
Обобщение
2 ХИМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
2.1 Синтез гетероциклических систем на основе 4бром5нитрофталонитрила
2.1.1 Синтез пятичленных гетероциклических соединений.
2.1.1.1 Синтез соединений с образованием тиазольного цикла
2.1.2 Синтез шестичленных гетероциклических соединений
2.1.2.1 Синтез соединений с образованием 1,4диоксинового цикла
2.1.2.2 Синтез соединений с образованием 1,4дитиинового и 1,4оксотиинового циклов.
2.1.2.3 Синтез соединений с образованием оксазинового и тиазинового циклов.
2.1.2.4 Синтез соединений с образованием
дигидропиразинового цикла
2.1.3 Синтез семичленных гетероциклических соединений.
2.1.3.1 Синтез соединений с образованием оксазепинового и тиазепинового циклов.
2.1.3.2 Синтез соединений с образованием 1,4диоксепинового и 1,4диазепинового циклов
2.1.4 Синтез восьмичленных гетероциклических соединений.
2.1.4.1 Синтез соединений с образованием 1,4диоксоцинового и 1,4оксазоцинового циклов.
2.1.5 Строение и чистота синтезированных дикарбонитрилов
2.2 Синтез гетероциклических систем на основе активированных галогеннитроароматических и гетероароматических субстратов
2.2.1 Синтез шестичленных гетероциклических соединений.
2.2.1.1 Синтез феноксазинов.
2.2.1.2 Синтез бензоксазинонов.
2.2.2 Синтез семичленных гетероциклических соединений.
2.2.2.1 Синтез дибензотиазепинонов.
2.2. Синтез пиридобензотиазепинонов
2.2.2.3 Синтез дибензоксазепинонов.
2.2.2.4 Синтез пиридобснзоксазспинонов.
2.2.3 Строение и чистота синтезированных гетероциклических соединений.
2.3 Изучение кинетических закономерностей реакции
денитроциклизации
2.3.1 Изучение кинетических закономерностей реакции денитроциклизации в синтезе тиазепинонов.
2.3.1.1 Определение лимитирующей стадии процесса и количественное описание
2.3.1.2 Влияние концентрации депротонирующего агента.
2.3.1.3 Влияние природы депротонирующего агента
2.3.1.4 Влияние заместителей при атоме азота амидного фрагмента
2.3.1.5 Влияние природы заместителей в исходном субстрате
2.3.1.6 Квантовохимическое моделирование
2.3.2 Изучение кинетических закономерностей реакции денитроциклизации в синтезе оксазепинонов
2.3.2.1 Определение лимитирующей стадии и количественное описание процесса
2.3.2.2 Влияние концентрации депротонирующего агента.
2.3.2.3 Влияние природы депротонирующего агента
2.3.2.4 Влияние заместителей при атоме азота амидного фрагмента
2.3.2.5 Влияние природы заместителей в исходном субстрате
2.3.2.6 Квантовохимическое моделирование.
2.3.3 Изучение кинетических закономерностей реакции деиитроциклизации в синтезе бензоксазинонов
2.3.3.1 Исследование закономерностей реакции, приводящей
к образованию спироскомплекса.
2.3.3.2 Влияние природы депротонирующего агента на образование промежуточного спироакомплекса
2.3.3.3 Исследование закономерностей реакции денитроциклизации.
2.3.3.4 Влияние природы депротонирующего агента на реакцию денитроциклизации.
2.4 Синтез химического разнообразия производных оксазепинона и тиазепинона.
2.4.1 Синтез амидных производных за счет модификации сложноэфирной группы
2.3.2 Синтез амидных и сульфамидных производных за счет модификации нитрогруппы.
2.3.3 Синтез производных, содержащих 1,2,4оксадиазольный цикл
за счет модификации нитрильной группы
2.3.4 Синтез производных, содержащих тиазольный цикл за счет модификации нитрильной группы.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
3.1 Исходные вещества и растворители
3.2 Методики синтеза и идентификация полученных соединений
3.3 Кинетические исследования.
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Что касается апротонных диполярных растворителей, то считается, что их роль заключается, прежде всего, в сольватации катионов, что приводит либо к увеличению энергии малых анионов с высокой электронной плотностью образованию так называемых голых анионов, либо к снижению энергии высокополяризованных анионов . Особенно отчетливо этот эффект проявляется для малых по размеру и содержащих водородные связи нуклеофилов, таких как Р ОН, ЯО и в меньшей степени для более поляризованных нуклеофилов, таких как АгО или Аг. Известно, что в уАг реакциях все более широко находит применение метод межфазного катализа метод МФК. КМП . Последний является источником катионов, локализующихся в органической фазе и переносящих анион реагента из водной фазы в органическую, где и протекает реакция схема 1. Схема 1. Агреакции, протекающие на межфазной поверхности. Известно, что сильноактивированные системы, как тринитротолуол или 1,3,5тринитробензол в реакции с феноксидом натрия дают выход менее . Низкий выход продукта замещения обусловлен образованием непродуктивных окомплексов схема 1. Однако, нитрогруппа в подобных соединениях замещается на арилоксигруппы в присутствии карбонатов щелочных металлов. Так, Ульман и Спонагель получили 3нитродифенилоксид с выходом взаимодействием л 1спадинитробензола с фенолом в присутствии карбоната калия схема 1. Схема 1. Кроме карбонатов, в качестве депротонирующих агентов используются гидрокарбонаты, гидроксиды и оксиды, нитриты, фосфаты и гидрофосфаты, бораты, цианаты, феноксиды, карбоксилаты, фториды, гидриды металлов . Однако в большинстве публикаций описано исследование гетерофазных реакций в присутствии карбоната калия. В работах , были проведены исследования, позволяющие предсказать строение нуклеофила комплекса фенола и карбоната калия было установлено, что при введении фенола и карбоната щелочного металла в диметилформамиде не наблюдалось экстракции образовавшегося феноксида металла в раствор. После введения 4нитрофталонитрила начиналась реакция замещения. Также предварительно установлено, что при 8. К фенол, КНСОз, с субстратом не реагировали. Аг и Аг ароматические радикалы, X, , р раствор, т. Схема 1. На первой стадии происходит адсорбция фенола ОН на поверхности карбоната калия. Схема 1. Далее происходит взаимодействие комплекса АгОККНСОзт с субстратом и образование акомплекса, который впоследствии распадается с отщеплением нуклеофуга и десорбцией продукта с поверхности. Также в работах , достаточно подробно исследованы влияние скорости перемешивания реакционной массы и размера частиц щелочного агента, а также влияние добавок воды на скорость реакции активированных нитроароматических соединений с фенолами в присутствии карбонатов металлов, протекающей на межфазной поверхности. Так, в процессе реакции должно происходит, разрушение кристаллической решетки карбоната, и определяющую роль при этом должна иметь энергия последней. Л Ыа К Ш Сг. Важно отметить о влиянии добавок воды на скорость указанной выше реакции установлено, что введение воды до 3 мольмоль К2С вызывало постепенное ускорение реакции . Скорость реакции оценивалась по константам скорости к0, рассчитанным для прямолинейных участков зависимости. Результаты исследований представлены графически на рис. Таблица 1. Колво объмн. Л О2 лмол ь. Этот факт можно объяснить тем, что дополнительное количество воды протонного растворителя вызывало сольватацию нуклеофила и, следовательно, тормозило реакцию замещения нитро группы. Полученная экстремальная зависимость рис. Рис. Влияние количества воды на скорость реакции 1 3 и 2 4нитрофталонитрилов с фенолом. ДМФА, 3 К, НФН РЮН К2С 0, мольл. В общем виде перегруппировка Смайлса может быть представлена схемой 1. X, У нуклеофильные центры бинуклеофила. Схема 1. При взаимодействии активированного ароматического субстрата с бинуклеофилом замещение происходит с участием реакционного центра, обладающего большей нуклеофильностью в данном случае X. Однако в более жестких условиях возможна внутримолекулярная атака вторым нуклеофильным центром, приводящая к образованию более термодинамически устойчивого продукта замещения . Перегруппировка Смайлса, включающая замещение арилоксидной группы в диариловых эфирах на анилин, одна из наиболее широко распространенных . Схема 1. Тема перегруппировки Смайлса будет обсуждаться в главе 1.