Реакции нуклеофильного замещения водорода в азин-N-оксидах с металлоорганическими соединениями как метод функционализации азинов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, кандидат химических наук Прохоров, Антон Михайлович

• Прохоров, Антон Михайлович
• кандидат химических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат химических наук Прохоров, Антон Михайлович

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1. Литий- и магнийорганические соединения в реакциях нуклеофильного ароматического замещения легко уходящих групп (Sn'^0).

1.2. Литий- и магнийорганические соединения в реакциях нуклеофильного замещения водорода .;.:.

1.3. Ацетилены в реакциях S>;(Ar). Введение ацетиленов в гетароматические системы.

1.4. Использование в качестве нуклеофилов карборанов.

1.4.1. Методы синтеза арил- и гетарилкарборанов.

1.4.2. Получение карборанов из ацетиленов.

1.4.3. Синтез гетарилкарборанов замыканием боковой цепи карборанового каркаса.

1.4.4. Получение арил- и гетарилкарборанов путем введения в арен или гетероарен готового карборанового каркаса.

1.4.4.1. Использование медных производных карборанов и галогенпроизводных аренов или гетероаренов.

1.4.4.2. Литиевые производные карборанов в реакциях нуклеофильного ароматического замещения атома галогена.

1.4.4.3. Литиевые производные карборанов в реакциях нуклеофильного ароматического замещения атома водорода (SnH).;.

1.5. Реакции деборирования карборанов.л.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Реакции нуклеофильного замещения водорода в азин-N-оксидах с металлоорганическими соединениями как метод функционализации азинов»

Нуклеофильное замещение водорода (Snh) в электронодефицитных ароматических системах представляет собой удобный инструмент функционализации путем прямого введения остатков различных нуклеофилов с образованием новых С-С, C-Hlg, C-N, С-О, С-Р, C-S и других связей. Особенно эффективно методология Sn может применяться в ряду и-дефицитных гетероциклов, т.к. наличие в цикле гетероатома значительно повышает активность молекулы к нуклеофильной атаке.

Реакции SnH представляют собой двустадийный процесс, включающий присоединение нуклеофилов к электрофильным аренам: или гетероаренам и последующую ароматизацию промежуточных ан-аддуктов, которая не может протекать самостоятельно с отщеплением гидрид-аниона из-за нестабильности последнего. Использование N-оксидов азинов, с этой точки зрения, выглядит крайне привлекательно, т.к. наличие N-оксидной группы в субстрате делает возможным ароматизацию стн-адцуктов путем отщепления! водорода; вместе с N-кислородсодержащим фрагментом в виде молекулы воды, спирта или карбоновой кислоты.

Основным преимуществом методологии SnH является возможность сравнительно легкой модификации гетероаренов введением в цикл разнообразных функций. На ее основе могут быть разработаны эффективные подходы к целенаправленному синтезу соединений с заданными свойствами. Среди последних можно выделить соединения би- и терпиридинового ряда и их азотистые аналоги, которые хорошо зарекомендовали себя как эффективные лиганды для переходных и постпереходных металлов, а также гетероциклические производные карборанов -перспективных препаратов для борной нейтрон-захватной терапии опухолей (BNCT).

Перспективными реагентами для решения таких задач выглядят металлоорганические соединения. Они являются активными нуклеофилами (реакции .присоединения металлоорганических соединений к электрофилам, в том числе, четвертичным азиниевым солям чрезвычайно распространены), однако до сих пор не нашли должного применения в реакциях SnH. Примеры таких реакций разрозненны и не позволяют однозначно определить их применимость и синтетический потенциал.

1. Обзор литературы

Металлоорганические соединения элементов первой и второй группы периодической системы представляют собой мощное орудие в органическом синтезе, будучи используемыми в качестве нуклеофильных реагентов [1]. Данный обзор посвящен методам введения в арены и гетероарены различных заместителей; путем образования новой С,С-связи с использованием металлоорганических соединений. При этом рассмотрены два основных подхода для реализации этого направления: замена галогена в реакциях нуклеофильного замещения или кросс-сочетания, а также нуклеофильное ароматическое замещение водорода (Sn"). В обзор вошли реакции, в которых в качестве металлоорганических соединений использовались Li, Na, К, Си, MgX производные аренов, гетероаренов, ацетиленов и карборанов. Основное внимание будет уделено реакциям Sn", что объясняется, во-первых направленностью всей диссертационной работы, а во-вторых, привлекательностью и преимуществами данной методологии [2]. Замещение других групп будет упомянуто настолько, насколько этого требует представление связанной картины, и обзор не претендует на полный охват данных по этим реакциям, а только отражает ключевые моменты.

Заключение диссертации по теме «Органическая химия», Прохоров, Антон Михайлович

1.6. Заключение

Анализ литературы показывает, что известно достаточно много примеров реакций с использованием металлоорганических соединений, позволяющих вводить в арены и гетероарены различные заместители с образованием новых С,С-связей. Подавляющее большинство таких реакций связано с заменой галогена или другой хорошо уходящей группы. Такой подход во многих случаях дает хорошие результаты, однако ограничен доступностью ароматических и гетероароматических субстратов. С другой стороны, методология нуклеофильного замещения водорода не нашла должного распространения, несмотря на ее потенциал. Немногочисленные примеры подобных реакций показывают, что использование N-оксидов азинов является достаточно привлекательным синтетическим подходом для реализации методологии Snh в реакциях с металлоорганическими соединениями.

2. Нуклеофильное замещение водорода азин-ГЧ-оксидов с металлооргаиическими соединениями

Выбор объектов исследования был сделан с целью изучить влияние природы металла и остатка нуклеофила на характер протекания реакции. Планируя исследования реакций электрофильных аренов и гетероаренов с АМО-реагентами, мы условно разбили их на две основных группы по типу связи металл-углерод в используемом металлоорганическом соединении: 1) с выраженным. ионным характером этой связи и 2) с полярной ковалентной связью, которая неспособна к диссоциации. В большой степени это зависит от природы металла, связанного с углеродом, заместителей у этого углерода, способных стабилизировать отрицательный заряд, а также гибридизации углерода как в предшественнике карбаниона, так и в самом карбанионе. В данной работе использовались АМО-реагенты обоих типов, которые собраны в таблице 1.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Прохоров, Антон Михайлович, 2004 год

1. А.Н.Несмеянов, Н.А.Несмеянов. Начала органической химии.

2. O.N.Chupakhin, V.N.Charushin, V. der Plas. Nucleophilic aromatic substitution.

3. G.Wittig, H.Witt, Ber, 74, 1474 (1941).

4. T. Kauffmann, J. Konig, A. Woltermann. Chem. Ber.- 1976.- Vol. 109.- P. 3864

5. K. Tamao, Sh. Kodarna, T. Nakatsuka, Y. Kiso, M. Kumada. J. Am. Chem. Soc., 97, 4405 (1975).

6. M. F. Semmelhack, H.T. Hall. J. Am. Chem. Soc., 96, 7091 (1974).

7. A. I. Meyers, E.D. Mihelich J. Am. Chem. Soc., 97,7383 (1975).

8. Sh. Aki, Y. Haraguchi, H. Sakikawa, M. Ishigami, T. Fujioka, T. Furuta, J. Minamikawa. Organic.

9. Process Research & Development, 5, 535 (2001).

10. T. Kojima, T. Ohishi, I. Yamamoto, T. Matsuoka, H. Kotsuki. Tetrahedron Letters, 42, 1709 (2001).

11. A. I. Meyers and Kathryn A. Lutomski. J. Am. Chem. Soc., 104, 879 (1982).

12. J. Uenishi, T. Tanaka, K. Nishiwaki, S. Wakabayashi, Sh. Oae, H. Tsukubet. J.Org.Chem, 58,4382 (1993).

13. T. Tanaka, K. Nishiwaki, S. Wakabayashi, Sh. Oae. Bull.Chem.Soc.Jpn., 66, 1028 (1993).

14. K.Ziegler, H. Wollschitt, Ann.Chem., 485, 174 (1931).

15. K.Ziegler, H. Wollschitt, Ann.Chem., 479, 123 (1930).

16. G. Bartoli, M. Bosco, A. Melandri A.C. Boicelli. J.Org.Chem., 44, 2087 (1979).

17. Giussepe Bartoli. Acc. Chem. Res.,11, 109 (1984).

18. M. Makosza, M. Surowiec. J.Organomet.Chem., 624, 167 (2001).

19. M. F. Semmelhak, C. R. Clark, R. Farina, M. Saeman. J. Am Chem.Soc., 101, 207 (1979).

20. H. Gilman, G. C. Gainer. J.Am.Chem.Soc., 69, 1946 (1947).

21. H. Gilman, D. A. Shirley. J.Am.Chem.Soc., 50, 2182 (1972).

22. M. Shigeyasu, S. Masakichi F. Yasuo and T. Takashi. Heterocycles, 23,2807, (1985).

23. R. E. Lyle, E. White. J.Org.Chem., 36,772 (1971).

24. T.Kato, H. Yamanaka. J.Org.Chem., 30, 910 (1965).

25. Martino Colonna. Lucedio Greci. Marino Poloni. J.Het.Chem., 17,293 (1980).

26. M.A. Fakhfakh, X. Franck, A. Fournet, R. Hocquemiller, B. Figadere. Tet. Lett., 42, 3847 (2001).

27. T. R. Webb. Tet. Lett., 26,3191, (1985).

28. M. P. Sames, H. K. Wah, A.R. Katritzky. J.Chem.Soc.,Perkin I, 1977, 327.

29. С. M. Lee, M. P. Sames, A.R. Katritzky. J.Chem.Soc.,Perkin I, 1980, 2458.

30. C. W. F. Leung, M. P. Sames, A.R. Katritzky. J.Chem.Soc.,Perkin I, 1979, 1698.

31. K.Sonogashira, Y. Tohdo, N. Nagishara. Tetrahedron Lett., 1975,4467.

32. Y. Abe, A. Ohsawa, H. Arai, H. Igeta. Heterocycles, 9,1397 (1978).

33. К. Edo, Т. Sakamoto, Н. Yamanaka, Chem.Pharm.Bull., 26, 3846 (1978).

34. К. Ziegler, H. Colonius, О. Schafer. Justus Liebigs Ann. Chem., 473, 135 (1929).

35. R. Faust, Ch. Weber. Tetrahedron, 53,4655 (1997).

36. N. Nishiwaki, S. Minakata, M. Komatsu, Y. Ohshiro. Chem.Lett., 1989, 773.

37. E. Juaristi, J. Escalante, B. Lamatsch. Helv.Chimica Acta, 57,1676 (1974).

38. A. Kiselov, L. Sterkowski. J.Org.Chem., 58,4476 (1993).

39. G. Grimes. Carboranes. N.Y.-London, AP, 1970.

40. M. F. Hawthorne. Advances in boron and the borane. VCH Publisher, 1988.

41. С. M. Lee, M. P. Sames, A.R. Katritzky. J.Chem.Soc.,Perkin I, 1980, 2458.

42. A.F. Janzen, G.N. Lypka and R.E. Wasylishen. Can. J. Chem. 58, 130 (1980).

43. L. I. Zakharkin, A. I. Kovredov, Zh. S. Shaugumbekova, L. E. Vinogradova, L. A. Leites. Zhurnal Obshchei Khimii, 51, 1582 (1981).

44. L. I. Zakharkin, A. V. Grebennikov, A. V. Kazantsev. Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimicheskaya, 9,2077 (1967).

45. Henry A. Boyter and Russell N. Grimes. Inorg. Chem., 27, 307, (1988).

46. L. I. Zakharkin, A. V. Kazantsev. Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimicheskaya, (9), 2134 (1985).

47. Yu. A. Kabachii, P.M. Valetskii. IntJ.Polymeric Mater., 14,9 (1990).

48. R. Coult, M. Fox, W. Gill, P. Herbertson, J. MacBrig, K. Wade. J.Organomet.Chem., 462,19 (1993). Л'

49. J. Bould, M. G. S. Londesborough, D. L. Ormsby, J. A. H.MacBride, K. Wade, C. A. Kilner, W. Clegg, S. J. Teat, M. Thornton-Pett, R. Greatrex and J. D. Kennedy, J. Organomet. Chem., 657,256 (2002).

50. N. S. Mourier, A. Eleuteri, S. J. Hurwitz, P. M. Tharnish, R. F. Schinazi. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 7,2759 (1999).

51. О.У. Дрыгина, Г.М. Дорофеенко, О.Ю. Охлобыстин. Химия Ггтроциклических Соединений, 1981,454.

52. A.A.Semioshkin et all. Tetrahedron, 53, 5911 (1997).

53. S. Chayer, L. Jaquinod, К. M. Smith, M. Grac, H. Vicente. Tetrahedron Letters, 42,7759 (2001).

54. R.A. Bauedet. Advances in boron and the borane. VCH Publisher, 1988,417.

55. Л.И. Захаркин, A.B. Гребенников, Л.А. Савинова. Известия АН СССР, сер.хим., 1965, ИЗО.

56. Л.И. Захаркин, А.В. Гребенников. ЖОХ, 39, 575 (1969).

57. А.И. Ковредов, Ж.С. Шаугумбекова, В.А. Казанцев, Л.И. Захаркин. ЖОХ, 56,2316 (1986).

58. W. Gill, P. Herbertson, J. MacBrig, К. Wade. J.Organomet.Chem., 507, 249 (1996).

59. Л.И. Захаркин, А.И. Ковредов. Известия АН СССР, сер.хим., 1974, 710.

60. F.A. Gomez, M.F. Hawthorne. J.Org.Chem., 57, 1384 (1992).

61. E. Alexeeva, A.Batsanov, K.Wade at all. Dalton Trans., 2003, 475.

62. W. Clegg, W.R. Gill, J. MacBrige, K. Wade. Angew.Chem. Int. Ed. Engl., 32, 1328 (1993).

63. R. L. Thomas, A.J. Welch. Acta Crystallogr., Sect. С 52, 1689 (1996).

64. L.I. Zakharkin, V.N. Lebedev. Bull.AcadSci. USSR Div. Chem.Scl, (1970) 957 (Engl.Trans.).

65. L.I. Zakharkin, V.N. Lebedev. Bull.Acad.Sci. USSR Div. Chem.Scl, (1972) 2337 (Engl.Trans.).

66. A.S. Batsanov, M.A. Fox, J.A.K. Howard, K. Wade. J.Organomet.Chem., 597, 157 (2000).

67. D. Armspach, E.C. Constable, C.E. Housecraft, M. Neuburger, M. Zehnder. J.Organomet.Chem., 550, 193 (1998).

68. A.B. Казанцев, Л.Е. Литовченко. ЖОХ, 41, 1057 (1970).

69. T.J. Henly, C.B.Knobler, M.F. Hawthorne. Organometallics, 11,2313 (1992).

70. J. Yoo, J.-W. Hwang, Y. Do. Inorg. Chem., 40, 568 (2001).

71. M. Макоша. Успехи химии, 8,1298 (1989).

72. S. Ohba, Sh. Konno, H. Yamanaka. Chem. Pharm. Bull, 39,486 (1991).

73. A. Rykowski, M. Makosza, Liebigs Ann. Chem. 1988, 627.

74. V. N. Kozhevnikov, A. M. Prokhorov, D. N. Kozhevnikov, V. L. Rusinov, O. N. Chupakhin. Russian Chemical Bulletin, 1122 (2002).

75. Д. H. Кожевников, В. H. Кожевников, И. С. Ковалев, В. Л. Русинов, О. Н. Чупахин, Г. Г. Александров. ЖОрХ, 38, 780-786 (2002)

76. Д. Н. Кожевников, В. Н. Кожевников, В. Л. Русинов, О. Н. Чупахин, Е. О. Сидоров, Н. А. Клюев. Журнал Органической Химии. 34,423 (1998).

77. A. Rykowski, О. N. Chupakhin, D. N. Kozhevnikov, V. N. Kozhevnikov, V. L. Rusinov, and H.C. van der Plas. Heterocycles, 55, 127 (2001).

78. H. Neunhoeffer, F. Weischedel, and V. Bohnisch, Liebigs Ann. Chem. 12 (1971).

79. C. Vinas, R. Benakki, F. Teixidor, J. Casabo. Inorg. Chem., 34,3844 (1995).

80. K. Vyakaranam, S. Li, Ch. Zheng, N. S. Hosmane. Inorg. Chem. Comm., 4, 180 (2001).

81. John J. Schaeck and Stephen B. Kahl. Inorg. Chem., 38, 204 (1999).

82. D. N. Kozhevnikov, V. L. Rusinov, O. N. Chupakhin. Advances of Heterocyclic Chemistry, 82, 261 (2002).

83. D. N. Kozhevnikov, V. N. Kozhevnikov, V. L. Rusinov and O. N. Chupakhin. Mendeleev Communications, 238 (1997).

84. O. N. Chupakhin, V. L. Rusinov, E. N. Ulomsky, D. N. Kozhevnikov, H. Neunhoeffer. Mendeleev Communications, 66 (1997).

85. Спасибо всем, кто помог мне завершить этот труд.