Синтез и свойства бензофуран-5,6-дикарбонитрилов и продуктов на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, кандидат химических наук Чиркова, Жанна Вячеславовна

• Чиркова, Жанна Вячеславовна
• кандидат химических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат химических наук Чиркова, Жанна Вячеславовна

ВВЕДЕНИЕ.

1 Литературный обзор.

1.1 Нуклеофильное ароматическое замещение.

1.1.1 Механизм реакции активированного нуклеофильного ароматического замещения.

1.1.2 Движущая сила ^дАг реакций.

1.1.3 Влияние природы уходящей группы.

1.1.4 Влияние природы нуклеофила.

1.1.5 Роль среды в 5дгАг-реакциях.

1.2 Амбидентные С-, О-содержащие нуклеофилы.

1.2.1 Реакционная способность амбидентных нуклеофилов.

1.2.2 Влияние кето-енольной таутомерии на реакционную способность 1,3-дикарбонильных соединений.

1.2.3 Влияние природы противоиона и растворителя в реакциях с амбидентными нуклеофилами.

1.3 Методы синтеза бензофуранов.

1.3.1 Синтез бензофуранов по реакции ЭкАг типа.

1.3.2 Синтез бензофуранов из О-арилкетоксимов.

1.3.3 Синтез бензофуранов на основе ацетелинидов.

1.3.4 Синтез (2,3 )бисбензофуранов по Неницеску.

1.3.5 Синтез бензофуранов на основе а-(2-галогенбензоил)кетонов.

1.4 Применение соединений бензофуранового ряда.

1.5 Выводы из литературного обзора.

2 Химическая часть.

2.1 Разработка метода синтеза бензофуран-5,6-дикарбонитрилов.

2.1.1 Синтез натриевых енолятов 1,3-Дикарбонильных соединений.

2.1.2 Исследование реакции БНФН с амбиндентными 1,3-дикарбонильными соединениями.

2.1.1.1 Влияние строения реагента на направление протекания реакции.

2.2 Восстановление бензофуран-5,6-дикарбонитрилов КаВН*.

2.3 Синтез винилпроизводных бензофуран-5,6-дикарбонитрилов.

2.4 Реакции по аминовинильной группе бензофуран-5,6-дикарбонитрилов.

2.4.1 Синтез 2-(£)-аминовинилбензофуран-5,6-дикарбонитрилов.

2.4.2 Синтез бензофуро[3,2-с]пиридин-7,8-дикарбонитрилов.

2.4.3 Синтез замещенных 2-[2-оксо(тиоксо)-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил]-бензофурап-5,6-дикарбонитрилов.

2.5 Синтез 2-К-бензофуран-5,6-дикарбонитрилов.

2.6 Реакция БНФН с производными 2,4-диоксобутановых кислот.

2.6.1 Синтез 1-гидрокси-2-К-индол-5,6-дикарбонитрилов.

2.6.2 Синтез, 5,6-дициано-3-К-бензофуран-2-карбоновых кислот.

2.7 Синтез замещённых 4-гидрокси-6,7-дициано-1,4-бензоксазин-3-онов.

2.8 Биологическая активность синтезированных соединений.

3 Экспериментальная часть.

3.1 Исходные вещества.

3.2 Методики синтеза реактивов и полупродуктов.

3.3 Методы анализа.

3.4 Организация, материалы и методы исследования агрегации эритроцитов

3.5 Статистические методы обработки экспериментальных данных.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез и свойства бензофуран-5,6-дикарбонитрилов и продуктов на их основе»

Актуальность работы. В настоящее время одним из основных направлений исследований в области органической химии является разработка новых методов синтеза ароматических и гетероциклических соединений, на основе которых возможно создание эффективных и относительно простых в производстве люминесцирующих, фотопроводящих материалов, а также биологически активных соединений. К ним относятся оргао-дикабонитрилы, конденсированные с различными гетероциклическими фрагментами. Использование реакции ароматического нуклеофильного замещения атома брома и нитрогруппы в 4-бром-5-нитрофталонитриле (БНФН) амбиндентными С-,0-нуклеофилами, а также функционализация синтезированных бензофуран-5,6-дикарбонитрилов и 4-[2-К-2-оксоэтил]-5-нитрофталонитрилов открывают широкие возможности для получения гетероциклических орто-дикарбо-нитрилов и создания на их основе фталоцианинов, флуорофоров, полимеров и лекарственных препаратов.

Данная''работа является продолжением научных исследований, проводимых в Ярославском государственном техническом университете в рамках задания федерального агентства по образованию: «Разработка методов синтеза ароматических, карбо- и гетероциклических полифункциональных органических соединений для получения композиционных материалов, с использованием нанотехнологий» на 2008-2012 гг. (№ госрегистрации НИР: 0120.0 852836).

Цель работы: Разработка методов синтеза и функционализации замещенных бензофуран-5,6-дикарбонитрилов и продуктов на их основе.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: исследовать закономерности БдАт-реакции 4-бром-5-нитрофталонитрила с ам-бидентными С-, О-нуклеофилами; изучить закономерности реакции восстановления бензофуран-5,6-дикарбонитрилов; синтезировать новые замещённые оршо-дикарбоиитрилы бензофуранового, бензизоксазольного, индольно-го рядов, а также бензофуро[3,2-с]пиридины; изучить строение и возможности практического использования синтезированных соединений.

Научная новизна: Впервые показано, что при ароматическом нуклео-фильном замещении атома брома в БНФН амбидентными 1,3-дикарбонильными соединениями на первой стадии преимущественно образуются С-аддукты, которые при последующем внутримолекулярном замещении нитрогруппы ^-реакционным центром трансформируются, в бензофура-ны различного строения. В случае же менее активных 2,4-диоксоэфиров>-на второй стадии преобладают процессы расщепления С-аддукта, приводящие к образованию продуктов монозамещения, которые были использованы» для синтеза орто-дикарбонитрилов 1,2-бензизоксазольного и 1 -гидрокси-индольного рядов. Изучены вопросы, связанные' с селективностью протекания указанной реакции.

Модифицирована трёхкомпонентная реакция Биджинеллии (В1§те1Н), в которой-в качестве основного субстрата впервые использовались замещённые 2-аминовинилбензофуран-5,6-дикарбонитрилы. Разработан новый метод синтеза ранее не описанных в литературе орто-дикарбонитрилов пиридинового и пиримидинового рядов.

Показано, что обработка боргидридом натрия З-К-карбонилбензофуран-5,6-дикарбонитрилов,в зависимости от строения и условий проведения реакции приводит к восстановлению карбонильной группы до гидроксильной, восстановлению двойной связи, фуранового фрагмента, а в «некоторых случаях наблюдается'раскрытие бензофуранового цикла с образованием соответствующих фенолов.

В ходе исследований синтезировано и идентифицировано более 100 соединений, ранее не описанных в литературе.

Практическая значимость.работы:

Впервые предложен метод синтеза замещённых бензофуран-5,6-дикарбонитрилов на основе реакции БНФН с натриевыми енолятами замещённых 1,3-дикарбонильных соединений.

Разработан метод синтеза замещённых 4-гидрокси-б,7-дициано-1,4-бензоксазин-3-онов на основе взаимодействия БНФН с карбонильными производными фенилацетонитрилов.

На основе полученных бензофуран-5,6-дикарбонитрилов синтезированы не описанные в литературе, орто-дикарбонитрилы 1,2-бензизоксазольного^ 1-гид-роксииндольного, пиридинового и пиримидинового рядов.

Проведённые сфядомг специализированных организаций (ИНЭОС РАН, ЯШУ им: К.Д., Ушинского) совместныеисследования и: испытания синтезированных соединений- позволили определить круг замещённых орто-дикарбонитрилов, наиболее перспективных с точки зрения; их практического использования;в микроэлектронике;,оптической технике, полимерной химии, фармакологии.

Положения, выносимые на защиту:

Закономерности» БкАг-реакции БНФН с амбидситнымп С-, О-нуклёофилами; на-: примере: замещённых* 1,3-дикарбонильных соединений' и-, производных 2,4-диоксоэфиров;

Методы синтеза: не описанных в; литературе замещённых орто-дикарбонитрилов бензофуранового, бензизоксазольного, индольного рядов, в том числе способы получения новых замещенных бензофуро[3,2-с]пиридинов и бензофуран-5,6-дикарбонитрилов, содержащих во втором положении ациклическитй енаминный, винильный и тетрагидропиримидин-2-тионовый(оновый) заместители.

Метод селективного синтеза замещенных 4-гидрокси-6,7-дициано-1,4-бензоксазин-3-онов на основе взаимодействиямБНФН: с карбонильными производными фенилацетонитрилов.

Апробация, работы. Результаты исследований доложены на XXI международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты, и процессы малотоннажной химии», г. Уфа (октябрь, 2008 г.); международной конференции по; химии «Основные тенденции развития химии в начале 21 века», г. Санкт-Петербург (апрель, 2009 г.); I международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений», г. Кисловодск (май, 2009 г.); выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ-2009, г. Москва (июнь, 2009 г.); всероссийской научнопрактической конференции «Принципы зеленой химии и органический синтез»,- г. . Ярославль . (октябрь, 2009 г.); XIII" международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2010», г. Суздаль (июль, 2010 г.); III международной конференции «Химия гетероциклических соединений», г. Москва*, (октябрь,; 2010 г.), II международной конференции «Новые1 направления в химии; гетероциклических соединений», г. Железноводск (апрель, 2011 г.), VIII международная конференция «Системное кровообращение, микроциркуляция и- гемореология», г. Ярославль (июнь, 2011 г).

Публикации. По теме диссертации.опубликована 21 работа, в том числе 10 статей' В: центральных реферируемых И: международных изданиях, рекомендованных ВАК, получено 2 патента РФ.

Личный вклад автора; состоит в определении; целей, теоретическом обосновании- планировании? и ■ проведении? экспериментов; синтезов исходных и целевых продуктов, обсуждении^ интерпретации полученных результатов.

Структура работы. Диссертация состоит из введения; литературного обзора; химической и экспериментальной частей, выводов, списка использованной; литературы. Работа: изложена на 164 страницах, включает 9 таблиц, 33 рисунка: Список литературы включает 211 источников. Документы, подтверждающие практическую:ценность разработок, приведены в приложении.