Синтез и реакционная способность 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, кандидат химических наук Бардасов, Иван Николаевич

• Бардасов, Иван Николаевич
• кандидат химических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат химических наук Бардасов, Иван Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Взаимодействие полицианозамещенных циклопропанов с нуклеофилами (литературный обзор)

1.1 Взаимодействие электрон-дефицитных полицианоциклопропанов с О-нуклеофилами

1.2 Взаимодействие электрон-дефицитных полицианоциклопропанов с иодидами

1.3 Взаимодействие электрон-дефицитных полицианоциклопропанов с N-, С- и Р-нуклеофилами

ГЛАВА II. Синтез и реакционная способность 2,2,3,3-тетрациано-циклопропилкетонов

II. 1 Синтез замещенных 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов

II.2 Взаимодействие замещенных 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов с нуклеофильными реагентами

11.2.1 Синтез 2-ацил-1,1,3,3-тетрацианопропенидов

11.2.2 Взаимодействие 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов со спиртами и алкоголятами

11.2.3 Взаимодействие 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов со оксимами и оксиматами

11.2.4 Взаимодействие 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов с водным раствором гидроксида натрия

11.2.5 Взаимодействие 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов с водой

11.2.6 Взаимодействие с аммиаком

11.2.7 Взаимодействие с первичными аминами

11.2.8 Взаимодействие с гидразином

II.2.9 Взаимодействие с азидом натрия

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез и реакционная способность 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов»

Актуальность проблемы. Соединения циклопропанового ряда широко распространены в природе. Можно упомянуть, например, известные инсектициды, содержащиеся в пиретруме и представляющие собой эфиры пиретриновой и хризантемовой кислот [1]. Первоначально внимание к производным циклопропана было вызвано строением самого цикла и обусловленными им свойствами. Практический же интерес возник после обнаружения у некоторых представителей данного класса соединений высокой биологической активности. Кроме инсектицидной активности упомянутых выше производных циклопропанкарбоновых кислот, некоторые кетоны ряда циклопропана обнаружили высокую противовоспалительную активность [2].

Безусловный интерес представляют синтетические возможности замещенных циклопропанов, так как в последние годы были обнаружены некоторые особенности поведения функциональных групп, связанных с циклопропановым кольцом. В отдельный класс соединений циклопропанового ряда можно отнести цианозамещенные циклопропаны, в которых уникальная реакционная способность цианогруппы сочетается с напряженным циклом, что позволяет использовать их для целенаправленных превращений. Кроме того, цианогруппа является одним из наиболее сильных электроноакцепторных заместителей и активирует соседние атомы углерода и кратные связи, а ее компактность не создает нежелательных стерических затруднений. Накопление в структуре этих групп приводит к появлению С-Н кислотности, и, как следствие, к возможности каскада разнообразных специфичных реакций.

Известно, что цианогруппы, как и другие электроноакцепторные заместители, повышают устойчивость циклопропанов к раскрытию цикла по свободнорадикальному и электрофильному механизмам, однако накопление нескольких электроноакцепторных групп приводит к снижению устойчивости цикла к действию нуклеофилов, причем возможны два механизма раскрытия. Характерной реакцией электронодефицитных циклопропанов, таких как гексацианоциклопропан и его аналоги, является-раскрытие цикла при действии мягких нуклеофилов (иодиды и анилины). Альтернативным является электроциклический механизм, для осуществления которого каким-либо способом должен быть генерирован циклопропильный анион. 2,2,3,3-Тетрацианоциклопропилкетоны являются удобными объектами для изучения таких реакций, так как наличие пяти электроноакцепторных групп повышает кислотность протона и стабилизирует конечный анион аллильного типа.

Цель работы. Целью настоящей работы является» разработка препаративных методов получения! 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов, изучение их реакционной способности по отношению к реагентам различного сочетания основных и нуклеофильных свойств и установление закономерностей протекания взаимодействия в зависимости от заместителя при циклопропановом кольце.

Научная новизна. Предложена новая модификация-реакции Видеквиста, заключающаяся в использовании моноброммалононитрила или малононитрила в качестве дебромирующего реагента. На основе разработанного метода был проведен синтез исходных 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов, как базовых для изучения электроциклических реакций.

Показано два пути раскрытия трехчленного цикла 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов: нуклеофильное под действием иодид-аниона и электроциклическое раскрытие при действии оснований. Проведен анализ возможности протекания электроциклической реакции раскрытия трехчленного цикла в зависимости от совокупности основных и нуклеофильных свойств реагента и заместителей при циклопропановом кольце. Впервые проведены реакции пятизамещенных электроноакцепторными группами циклопропанов с гидроксид и азид анионами, а так же с гидразином.

Обнаружены новые превращения циклопропанов в би-, три- и тетрациклические системы, содержащие пиридиновый, фурановый, пиррольный и пиримидиновый фрагменты. Среди них впервые синтезированы соединения, содержащие триазациклопента[ 1,3]циклопропа[ 1,2,3с^пенталеновый, диазациклопропа[с,й?]пенталеновый и 1,4,5триазациклопропа[сй?]инденовый циклы.

Реализован одностадийный четырехкомпонентный- синтез 2-(2-алкокси-5-амино-2-метил-4-цианофуран-3(2//)-илиден)малононитрилов, заключающийся во взаимодействии малононитрила, моноброммалононитрила, метилглиоксаля и алифатического спирта.

Практическая ценность. В процессе работы осуществлен синтез 104 новых соединений. Предлагаемые методы просты по выполнению и могут быть использованы как препаративные в органической химии. Разработаны новые препаративные методы синтеза 3-ацил циклопропан-1,1,2,2тетракарбонитрилов, для некоторых из которых была ранее выявлена высокая противоопухолевая активность по отношению к раку кишечника, предстательной железы, почек, яичников [3]. Синтезированные 2-ацил-1,1,3,3-тетрацианопропениды по предварительным исследованиям могут обладать полезными электронооптическими свойствами.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 2 статьи и 5 тезисов докладов.

Апробация. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «ЛОМОНОСОВ-2009» на химическом факультете МГУ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (литературный обзор посвящен анализу реакционной способности циклопропанов, замещенных четырьмя и более электроноакцепторными группами), обсуждения результатов,

Заключение диссертации по теме «Органическая химия», Бардасов, Иван Николаевич

154 ВЫВОДЫ

1. Разработаны препаративные методы синтеза 2,2,3,3тетрацианоциклопропилкетонов, основой- которых является взаимодействие моноброммалононитрила и замещенных глиоксалей.

21 Обнаружено? что при наличие- подвижного протона' при; циклопропановом кольце: взаимодействие с нуклеофилами* может протекать как с раскрытием циклопропанового ■ кольца; и формированием различных гетероциклич еских соединений, так и по электрофильным, центрам: — карбонильной и цианогруппам с сохранением трехчленного цикла.

3. Показано* два; пути раскрытия; трехчленного цикла 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов с образованием 2-ацил-1,1,3,3-тетрацианопропенидов: нуклеофильное под действием? иодид-аниона и электроциклическое раскрытие при действии ацетат-иона.

4. Установлено, что реакции 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов с такими О-нуклеофилами как алкоголяты, спирты, оксиматы, гидроксид-ион протекают с раскрытием циклопропанового* кольца и формированием 2-(2-. алкокси(аминокси)-5-амино-4-цианофуран-3(2//)гилиден)малононитрилов и 6-амино-1-гидрокси-3,4-диокси-2,3,4,5-тетрагидро-1/7-пиррол[3,4-с]пири-дин-7-карбонитрилов.'Взаимодействие с оксимом ацетона и водой проходит с сохранением цикла, что приводит к образованию 4-амино-2,2-диизопропилиденаминокси-6-ацил-3-азабицикло[3.1.0]гекс-3-ен-1,5-дикар-бонитрилов;', 3-ацилг1,2-дицианоциклопропанкарбоксамидов и З-амино-4-гидроксит4-алкил-1,6-диоксо-ЗЬ,4,5,6-тетрагидропирроло[3',4':2,3]цикло-пропа[1,2-с]пиррол-За(1 /-/)-карбони грилов.

5. Взаимодействие 2,2,3,3-тетрацианоциклопропилкетонов с N-нуклеофилами показало, что с аммиаком и гидразином в результате первоначального присоединения к кетонной группе раскрытия цикла не происходит, образуются 4-амино-2-оксо-3-азабицикло[3.1.0]гексан-1,6,6-трикарбонит-рилы и 5а-амино-3-алкил(арил)-2-оксо-5,5а-дигидро-1//-1,4,5-триазациклопропа[с^инден-2а,5Ь(2#,2ЬЯ)-дикарбонитрилы. С первичными аминами и азидом натрия через стадию электроциклического раскрытия цикла происходит образование N-замещенных 2-(2-алкил(арил)-5-амино-2-гидрокси-1 -метил-4-циано-1,2-дигидро-3//-пиррол-3-илиден)малононитри-лов и 4-ацил-2-амино-6-азидопиридин-3,5-дикарбонитрилов.

6. Замена подвижного протона при циклопропановом кольце на метальную группу не дает возможности образования циклопропилкарбаниона и последующего раскрытия цикла по электроциклическому механизму. В связи с этим реакции З-бензоил-З-метилциклопропан-1,1,2,2-тетракарбонитрила с нуклеофильными реагентами во всех случаях прошли с сохранением циклопропанового кольца.

156

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Бардасов, Иван Николаевич, 2009 год

1. Pyrethrum the insecticide / Ed. by J.E. Casida. N. Y.: Academic Press, 1973. 329 P-

2. Bovnyak G., Diassi P.A., Levine S.D., Sheehan J.T. Synthesis and Antiinflammatory Activities of (a-Cyclopropyl-p-tolyl)acetic Acid and Related Compounds //J. Med. Chem.-1973,-№5.-P. 487-490.

3. Шевердов В.П. Синтез и биологическая активность карбо- и гетероциклов на основе тетрацианоэтилена / Автореф. дис. . док. фарм. наук. Пермь 2009, 50 с.

4. Anisimov V.M., Zolotoi А.В., Lukin P.M., Antipin MY., Nasakin O.E., Struchkov Y.T. Hexacyanocyclopropane Synthesis and Structure // Mendeleev Commun.-1992,-№> l.-P. 24-25.

5. Насакин O.E., Лукин П.М., Садовой A.B. О способах получения гексацианоциклопропана// Журн. органич. химии.-1993.-Т. 29,-№ 9.-С. 1917.

6. Насакин О.Е., Лукин П.М., Вершинин Е.В., Лыщиков А.Н. Методы синтеза гексацианоциклопропана // Журн. прикладной химии.-1995.-Т. 68,-№ 9.-С.1572-1573.

7. Яшканова О.В., Насакин О.Е., Урман Я.Г., Хрусталев В.Н., Нестеров В.Н., Антипин М.Ю., Лукин П.М. 3,3-Фталоил-циклопропан-1,1,2,2-тетракарбонитрил. Синтез, строение и взаимодействие с нуклеофилами // Журн. органич. химии.-1997.-Т. ЗЗ.-Вып. 4.-С. 533-541.

8. П.Сиака С, Лукин П.М, Насакин- О.Е., Антипин М.Ю., Хрусталев В.Н Пентацианоциклопропанкарбоксамиды: синтез строение и взаимодействие со спиртами и оксимами кетонов // Журн. органич. химии.-1999.-Т. 35.-Вып. 2.-С. 288-293.

9. Шевердов В.П., Ершов О.В., Насакин О.Е., Селюнина Е.В:, Тихонова И.Г., Чернушкин А.Н., Хрусталев В.Н. Новый метод синтеза 1-замещенных22.3.3-тетрацианоциклопропанов // Журнал общей химии.-2000.-Т. 70.-Вып. 8. С.-1334-1336.

10. Bien S., Kapon М., Gronowitz S., Hornfedt А-В. Cyclopropanation of some Michael acceptors with thiophenium bis(methoxycarbonyl)methylides // Acta chem. Scand.-1988.-42,-№ 3.-P. 166-174.

11. Machiguchi T, Yamamoto Y., Hoshino M., Kitahara Y. The chemical study of pseudoaromatic compounds. III.Novel tupe of cycloadduct from the reaction of tropothione with diazomethane // Tethrahedron Lett.-1973.-№ 28.-P. 2627-2630.

12. Bastiis J., Castells J. Pyrazolines from tetracyanoethylene // Proc. Chem. Soc.(London).-l 962.-June.-P. 216-217.

13. Trofimenko S. Dicyanoketenimine (cyanoform) and its reduction products // J. Organ. Chem.-1963.-28,-№ Ю.-Р. 2755-2758.

14. Huisgen R., Eichenauer U., Langhals E., Mitra- A., Moran J.R. Reaktionen aliphatischer diazoverbindungen mit vierfach acceptor-substituierten ethylene // Chemische Berichte.-1986.-№ 2.-P. 153-158.

15. Eichenauer U., Huisgen R., Mitra A., Moran J.R. The reaction of aliphatic diazo compounds wits highly electrophilic ethylene derivatives // Heterocycles.-1987.-№ 25.-P. 129-132.

16. Самуилов Я.Д., Мовчан А.И., Коновалов А.И. Реакционная способность цианоэтиленов в реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения с дифенилдиазометаном // Журн. органич. химии.-1981.-Вып. 17,-№ 6.-С. 1205-1208.

17. Trofimenko S. Dicyanoketenimine (cyanoform) // J. Organ. Chem.-1963.-28,-№ l.-P. 217-218.

18. Franz J.E., Howe R.K., Peare H.K. Periselective addition of nitrile sulfides, nitrile oxides, und diphenyldiazomethane to tetracyanoetylene // J. Org. Chem.-1976.-46,-№ 4.-P. 620-626.

19. Aoyama Т., Iwamoto Y., Nishigaki S., Shioiri T. Reaction of trimetilsilildiazometane with olefins // Chem.Pharm.Bull.-1989.-№ 37(1).-P. 253256.

20. Tomagaki Seizo, Akatsuka Ryuji, Kozuke Seizi. Additions of selenoxides and selenium ylides to an electrondeficient ethylene and acethylene // Bul.chem.Soc.Jap.-1977.-Vol 6.-P. 1641-1642.

21. Golding D.T., Hall D.R. Formation of derivatives of cyclopropane by an oxidative cyclisation using nikel peroxide // Chem. Comimins.-1970.-№ 22.-P. 1574-1575.

22. Ramberg L., Wideqvist S. Zur kenntnisder bromderivate von malonitril // Arkiv for kemi, mineralogy och geologi.-1937.-№ 22.-P. 1-12.

23. Ramberg L., Wideqvist S. Uber dimethyl-tetracyan-cyklopropan // Arkiv for kemi, mineralogy och geologi.-1941.-№ 37.-P. 1-13.

24. Freeman F. Reactions of Malononitrile Derivatives // Synthesis.- 1981.-№ 12.- P. 925-954.

25. Kim Y.C., Hart H. Synthesis and. NMR spectra of 3-ary 1-1,1,2,2-tetracyclopropanes //Tetrahedron.-1969.-25, № 17.-P. 3869-3877.

26. Hart H., Freeman F. The synthesis and N.m.r. Spectra of Some Tetracyanocyclopropanes //J. Org. Chem.-1963.-28, № 5.-P. 1220-1222.

27. Araki S., Butsugan Y. Cyclopropanation of electron-deficient alkenes and Wideqvist-type synthesis of cyclopropanes mediated by indium metal // J. Chem. Soc., Chem. Commun.-1989.-№ 18.-P. 1286-1287.

28. Nikishin G.I., Elinson M.N., Lizunova Т.Е., Ugrak B.I. Electrochemical transformation of malononitrile and ketones into 3,3-disubstituted-l,l,2,2-tetracyanocyclopropanes // Tethrahedron Lett.-1991.-№ 23.-P. 2655-2656.

29. Лыщиков A.H. Синтез, свойства и биологическая активность 2,5-замещенных-3,3,4.4-тетрацианопирролидинов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук.-Чебоксары: Чув.ГУ.-1993.-221с.

30. Neurnann N, Boldt P. Die Hydrierung substituierter 1,1-Cyclopropandicarbonitrile // Chem. Ber.-1984.-117,-P. 1935-1939.

31. Nasakin O.E., Lukin P.M., Vershinin E.V., Lindeman S.V., Struchov Y.T. Two Alternative Pathways for the Interaction of Hexacyanocyclopropane with Nucleophiles //Mendeleev Commun.-1994.-№ 5.-P. 185-186.

32. Лукин П.М., Манзенков А.В., Урман Я.Г., Хрусталев-В.Н., Нестеров В.Н., Антипин М.Ю. Взаимодействие полицианоциклопропанов с оксимами кетонов // Журн. органич. химии.-2000.-Т. Зб.-Вып. 2.-С. 249-255.

33. Каюкова О.В., Каюков Я.С., Николаев А.Н., Ершов О.В., Еремкин А.В., Насакин О.Е. Реакции 6,6-диалкил-5,7-диоксо-4,8-диоксаспиро2.5.октан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с О-нуклеофилами // Журн. органич. химии.2006.-Т. 42.-Вып. 4.-С. 607-611

34. Каюкова О.В., Бардасов И.Н:, Каюков Я.С., Ершов О.В., Еремкин А.В., Насакин О.Е., Тафеенко В.А. Гидролиз 6,6-диметил-4,8-диоксо-5,7-диоксаспиро2.5.октан-1,1,2,2—тетракарбонитрила // Журн. органич. химии.2007.-Т 43 .-Вып. 12.-С. 1837-1840.

35. Hart H., Freeman F. Two unusual reactions encountered' during the devious hydrolysis of 3,3-dimethyl-1,1,2,2-tetracyanocyclopropane to the corresponding' tetracarboxylic acid//J. Amer. Chem. Soc.-l 963.-85,-№ 8.-P. 1161-1165.

36. Mariella R.P., Roth A J. Organic Polynitriles. II. 1,1,2,2-Tetracyanocyclopropanes and their conversion to substituted itaconic acids // J. Org. Cherm-1957.-22.-№ 9.-P. 1130-1133

37. Каюкова O.B. Синтез и свойства тетрацианоциклопропанов с шестью электроноакцепторными группами / Автореф. дис. . канд. хим. наук. М. 1997, 18 с.

38. Linn W.J., Webster O.W., Benson R.E. Tetracyanoethylene Oxyde. I. Preparation and Reaction with Nucleophiles // J. Am. Chem. Soc.-l965.-Vol. 87.-№ 16.-P.' 3651-3656.

39. Сиака С., Каюкова О.В., Каюков Я.С., Лукин И'.М:, Хрусталев В.Н., Нестеров BlH., Насакин О.Е., Антипин М.Ю. Взаимодействие полицианоциклопропанов с гидроиодидами аминов // Журн. органич. химии.-1998.-Т. 34.-В. 9.-С. 1330-1336.

40. Насакин O.E., Лукин П.М., Вершинин E.B., Лыщиков А.Н., Урман Я.Г., Павлов В.В., Яшканова О.В. Гексацианоциклопропан. III. Взаимодействиегексацианоциклопропана с ароматическими аминами // Журн. органич. химии.-1996.-Т. 32.-Вып. 3-С. 384-386.

41. Вершинин Е.В. Синтез и химические свойства гексацианоциклопропана / Автореф. дис. . канд. хим. наук. Чебоксары 2000, 18 с.

42. Сиака С., Лукин П.М., Хрусталев В.Н., Насакин О.Е., Антипин М.Ю. Этилпентацианоциклопропанкарбоксилат: взаимодействие с аминами // Журн. органич. химии.-1999.-Т. 35.-Вып. 6.-С. 851-862.

43. Сиака Соро. Пентацианоциклопропаны: Синтез и свойства / Автореф. дис. . канд. хим. наук. М. 1998, 22 с.

44. Regan Т.Н. Rase-Catalyzed Ring Opening of Diethyl-1,1,2,2-Tetracyanocyclopropane-3,3-dicarboxylate // J. Org. Chem:-1962.-27.-№ 6.-P. 2236-2237.

45. Sheverdov V.P., Ershov O.V., Nasakin O.E., Selunina E.V., Tikhonova I.G., Khrustalev V.N. Reaction of 2,2,3,3-tetracyanocyclopropyl ketones with ammonia // Mendeleev Commun.-2000.-№ 1 .-P. 25-26.

46. EpniOBf O.B. Взаимодействие тетрацианоэтилена с а,р-непредельными, р-гидрокси- и а-хлоркетонами / автореф. дис. . канд. хим. наук. М. 2000, 32 с.

47. Takahashi Masahiko, Orihara Toshiaki, Sasaki Takanori, Yamatera Tetsuya. Synthesis of 2H-pyrazolo3,4-b.pyridines from 1,1,2,2-tetracyanocyclopropanes // Heterocycles.-1986.-№ 10.-P. 2857-2862.

48. Лукин П.М., Каюкова O.B., Хрусталев B.H., Нестеров В.Н., Антипин М.Ю. Триарилфосфины в реакциях с полицианоциклопропанами // Журн. органич. химии.-1999.-Т. 35.-Вып. 11.-С. 1724-1728.

49. Синтезы органических препаратов. Сборник 2: Пер. с англ. под. ред. Б.А. Казанского. М.: Иностранная литература, 1949. 655 с.

50. Каюкова О.В., Каюков Я.С., Лаптева Е.С., Бардасов И.Н., Ершов О.В., Насакин О.Е. Синтез 2'-оксо-1\2'-дигидроспиро-(3//)-индол-3',3-циклопропан-1,1,2,2-тетракарбрнитрилов // Журн. органич. химии.-2006.-Т 42.-Вып. 9.-С. 1427-1429.

51. Бардасов И.Н., Каюкова О.В., Каюков Я.С., Ершов О.В., Насакин О.Е. Новый метод синтеза 3-ароилциклопропан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов // Журн. органич. химии.-2007.-Т 43.-Вып. 8.-С. 1254-1255.

52. Масс-спектрометрия в органической химии / А.Т. Лебедев.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003.- 493с.

53. Бардасов И.Н., Каюкова О.В., Каюков Я.С., Ершов О.В., Насакин О.Е., Беликов М.Ю. Карбанионное расщепление в З-бензоилциклопропан-1,1,2,2-тетракарбонитриле под действием алкоголятов // Журн. органич. химии.-2007.-Т 43.-Вып. 10.-С. 1568-1569.

54. Wolfgang Stadlbauer, Gerhard Hojas. Synthesis of 4-azido-3-diazo-3H-pyrazolo3,4-b. quinoline from 3 -amino-4-hydrazino-1H-pyrazol о [3,4-b] quinoline //J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1.-2000,-№ 18.- P. 3085-3087

55. Гордон А., Форд P. Спутник химика.- M: Мир.-1976.-С.72-73.