N-арилсульфоніл-n-хінонмоно- та дііміни зі стерично утрудненим атомом нітрогену

Размещено на http://www.allbest.ru/

Український державний хіміко-технологічний університет

Менафова Юлія Валентинівна

УДК 547.567.5

N-АРИЛСУЛЬФОНІЛ-n-ХІНОНМОНО- ТА ДІІМІНИ ЗІ СТЕРИЧНО УТРУДНЕНИМ АТОМОМ НІТРОГЕНУ

Спеціальність 02.00.03 - органічна хімія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Дніпропетровськ 1999

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Донбаській державній машинобудівній академії, м. Краматорськ, Міністерство освіти України.

Науковий керівник: кандидат хімічних наук, професор Авдєєнко Анатолій Петрович, Донбаська державна машинобудівна академія, завідуючий кафедрою хімії та охорони праці

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор Бурмістров Костянтин Сергійович, Український державний хіміко-технологічний університет, професор кафедри фізичної хімії

кандидат хімічних наук, доцент Глушко Лариса Петрівна, Дніпропетровський державний університет, доцент кафедри органічної хімії

Провідна установа: Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М. Литвиненко, НАН України, відділ хімії азинів

Захист відбудеться “ 13 ” травня 1999р. о 13.30____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.078.03 Українського державного хіміко-технологічного університету, м. Дніпропетровськ, проспект Гагаріна, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного хіміко-технологічного університету, м. Дніпропетровськ, проспект Гагаріна,8.

Автореферат розіслано “ 9 ” квітня1999р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Шапка В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

арилсульфоніл хінонімін реакція стеричний

Актуальність теми. Хіноніміни та їх похідні являють собою азотовмістні хіноїдні системи. Хіноніміни використують як проміжні сполуки у виробництві барвників, лікарських препаратів, у процесах кольорової фотографії, як вулканізуючи агенти гум та каучуків. Барвники, що мають хіноїдну будову, використовують не тільки в процесах фарбування, а також для потреб оптоелектроніки, реєстрації інформації. Хіноніміни використовують також як аналітичні реагенти. Вони є перспективними сполуками як робочі речовини в хімічних джерелах струму. Багато з них є біологічно активними речовинами, які проявляють цитотоксичну, протипухлинну активність, а також пригнічують розвиток вірусу імунодефіциту людини. Тому цей клас сполук постійно приваблює до себе пристальну увагу дослідників. Найбільш цікавими серед хінонімінів є N-арилсульфонілпохідні, які водночас поєднують високу реакційну здатність та стабільність.

Актуальним є дослідження реакційної здатності N-арилсульфоніл-n-хінонімінів, які мають два замісника в -положеннях до зв'язку С= N, тобто зі стерично утрудненим атомом нітрогену та пошук нових напрямків у перебігу реакцій, в зв'язку з наявними в літературі даними по незвичайному перебігу деяких реакцій для N-ацетил-3,5-діметил(2,3,5,6-тетрахлор)-1,4-бензохі-нонімінів.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Це дослідження є складовою частиною наукових досліджень, що виконуються за планами і фінансуються Міністерством освіти України.

Тема Г-04-94 “Синтез, реакції та пошук шляхів практичного використання N-заміщених -n-хінонімінів та продуктів їх реакцій”, у 1994 році;

Тема Г-04-95 “Дослідження стеричного напруженого звязку С= N в заміщених хінонімінах. Синтез та випробування біологічно активних речовин”, у 1995 році;

Тема Г-11-96 “Дослідження реакційної здатності та спектральні дослідження N-заміщених хінонімінів та похідних n-хіноноксимів з активованим стерично напруженим звязком. Випробування нових сполук на біологічну активність”, з 1996 року до наступного часу.

Проведене дослідження є також складовою частиною кафедральної наукової тематики: тема Г-01-95 “Дослідження в галузі N-заміщених n-хінонімінів. Структурні дослідження. Вивчення реакційної здатності”, що виконується з 1995 року до наступного часу.

Мета роботи. Прогнозування наявності стерично утрудненого атому нітрогену в N-заміщених n-хінонімінах, які мають два замісника в -положеннях до звязку С=N. В звязку з тим, що наявність стерично утрудненого атома нітрогену в хінонімінах спричиняє підвищення реакційної здатності звязку С=N та обумовлює приоритетний напрямок реакції за схемою 1,2-приєднання, а також дослідження реакційної здатності N-арилсульфоніл-n-хінонімінів зі стерично утрудненим атомом нітрогену в порівнянні з реакційною здатністю звичайних N-арилсульфоніл-n-хінонімінів (які не мають двох замісників в -положенні до звязку С=N), спектральні та структурні дослідження N-арилсульфоніл-n-хінонімінів зі стерично утрудненим атомом нітрогену.

Наукова новизна. Нами виявлена антибатність зміни величини валентного кута С=N-Х, та величини барєру інверсії атома нітрогену в N-заміщених-n-хінонімінах. Для N-заміщених n-хінонімінів з порівнянно великим кутом С=N-Х (120-126) спостерігаються низькі значення енергії барєру інверсії атома нітрогену та процес Z,E-ізомерізації замісника біля атома нітрогену навколо С=N звязку. Для N-арилсульфоніл-n-хінонімінів з двома замісниками в -положеннях до звязку С=N спостерігається збільшення кута С=N-S в порівнянні з хінонімінами, що не мають замісників в обох
-положеннях, що підтверджено рентгеноструктурним аналізом, при цьому барєр інверсії атома нітрогену стає настільки низьким, що спостерігається швидка в шкалі часу ЯМР Z,E-ізомерізація, яка досліджена на прикладі 3,5-діметил-N-арилсульфоніл-n-хінонімінів.

Наявність двох замісників в -положеннях до звязку С=N приводить до стеричного утруднення атома нітрогену в N-арилсульфоніл-n-хінонімінах і робить звязок С=N активованим та обумовлює пріоритетний напрямок реакцій за схемою 1,2-приєднання. Це підтверджується дослідженням реакційної здатності N-арилсульфоніл-n-хінонімінів зі стерично утрудненим атомом нітрогену зі спиртами, діалкилфосфітами, азотистоводневою кислотою, тозилгідразином та ароматичними амінами в порівнянні з реакційною здатністю звичайних N-арилсульфоніл-n-хінонімінів. При використанні прецизійних атомно-молекулярних моделей “Tartu Models” прогнозується наявність стерично утрудненого атома нітрогену в будь-яких N-заміщених-n-хінонімінах.

Практичне значення одержаних результатів полягає в можливості синтезу нових сполук на основі N-арилсульфоніл-n-хінонімінів і в першу чергу з хінолідною структурою, збагатилась хімія хінонімінів. В результаті проведених досліджень синтезовано більше 160 нових органічних сполук. Первинний біоскринінг на пестицидну активність деяких сполук виконаний фірмою Du Рont показав їх порівнянно високу фунгіцидну активність. Бельгійський національний інститут пухлинних захворювань проводить скринінг однієї із отриманих сполук хінолідної структури як потенційного протипухлинного препарату.

Особистий внесок здобувача полягає в самостійному виконанні експериментальної частини, обробці спектральних даних експерименту, формулюванні основних теоретичних положень роботи.

Апробація роботи. Основні результати роботи докладено на ХVІІ Українській конференції з органічної хімії (Харків, 1995р.) (дві доповіді), на ХVІІІ Українській конференції з органічної хімії (Дніпропетровськ, 1998р.) (дві доповіді) та на Міжвузівській науково-технічній конференції молодих вчених та спеціалістів (Краматорськ, 1996р.).

Публікації. За темою дисертації надруковано пять статей в ЖОрХ, пять тез доповідей на конференціях.

Обєм та структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, пяти розділів, висновків, списку використаної літератури та чотирьох дотатків. Матеріали основної частини дисертаційної роботи викладено на 142 сторінках машинописного тексту, додатки займають 88 сторінок. Додаток до розділу 2 включає 6 таблиць, додаток до розділу 3 складається з 3 таблиць та 4 малюнків, додаток до розділу 4 складається з 26 таблиць та 19 малюнків, додаток з первинного біоскринінгу займає 7 сторінок. В бібліографії наведено 152 джерела на 16 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ містить огляд літератури, де розглянуто особливості будови N-арилсульфоніл-1,4-хінонімінів та їх характерні типи реакцій. Наведено спектральні та структурні дані для деяких N-заміщених-n-хінонмоно- та діімінів. Виявлена антибатність зміни величини валентного кута С=N-Х та величини барєру інверсії атома нітрогену в N-заміщених-n-хінонімінах.

Другий розділ присвячений прогнозуванню стерично утрудненого атома нітрогену в N-заміщених-n-хінонімінах.

За допомогою прецизійних обємних атомно-молекулярних моделей “Tartu Мodels” прогнозується величина кута С=N-Х в будь-яких N-заміщених-n-хінонімінах з двома замісниками в -положеннях до звязку С=N в кришталевому стані. На основі величини кута прогнозується наявність стерично утрудненого атома нітрогену в цих хінонімінах. Валентний кут, що дорівнює 130 визначений як гранична нижня межа існування стерично утрудненого атома нітрогену. Верхня гранична межа (кут С=N-Х дорівнює 145-150) - визначається термодинамічною стабільністю N-заміщених-n-хінонімінів.

Відомо, що реакція 1,2-приєднання для N-заміщених-n-хінонімінів зустрічається досить рідко. Наявність стерично утрудненого атома нітрогену в хінонімінах робить звязок С=N активованим, в результаті чого перебігає переважно реакція 1,2-приєднання (атака нуклеофілом атома карбона C4) з утворенням хінолідної структури (А).

Размещено на http://www.allbest.ru/

В результаті такого напрямку реакції усувається стеричне утруднення атома нітрогену, яке утворюється за рахунок двох замісників в -положенні до звязку С=N, в результаті утворення стерично розвантаженої хінолідної структури (А) з тетрагональним атомом карбона С4.

За допомогою моделей “Tartu Мodels” прогнозується також стерична ситуація біля тетрагонального атома карбону хінолідних структур.

Вірогідність прогнозу за моделями “Tartu Мodels” доводиться рентгеноструктурними дослідженнями 3,5-діметил-N-n-хлорфенілсульфоніл-1,4-бензохіноніміна (1).

Виходи атомів О1, N, С7, С8, S з середньоквадратичної площини хінонімінового фрагменту сполуки (1) за даними рентгено-структурного аналізу.

Атом сульфура практично знаходиться в площині хіноїдного ядра. Валентний кут С4=N-S дорівнює 132,7.

Величина валентного кута С=N-S, що прогнозується за моделями “Tartu Мodels” для сполуки (1) дорівнює 135. Таким чином, прогноз є вірогідним.

Третій розділ присвячений синтезу N-арилсульфоніл-n-хінонімінів зі стерично утрудненим атомом нітрогену, а також дослідженню їх спектрів ЯМР1Н та ЯМР13С. В звязку з великим значенням валентного кута С=N-S в цих хінонімінах повинна спостерігатись висока швидкість інверсії навколо атома нітрогену, отже швидка Z,E-ізомерізація в шкалі часу ЯМР. Виконані спектральні дослідження 3,5-діметил-N-арилсульфоніл-1,4-бензохінонімінів (2) зі стерично утрудненим атомом нітрогену. Виявлено, що для них в спектрах ЯМР1Н спостерігається магнітна еквівалентність сигналів протонів Н2 і Н6 та протонів обох груп СН3 (в положеннях 3 і 5 хіноїдного ядра).

Размещено на http://www.allbest.ru/

В спектрах ЯМР13С сполук (2) ядра атомів карбона С2 і С6 та С3 і С5 проявляються у вигляді одного сигналу, що також свідчить про їх магнітну еквівалентність, отож про високу швидкість процесу інверсії атома нітрогену навколо звязку С=N в шкалі часу ЯМР.

Для незаміщених та для 2,6-діметил-N-арилсульфоніл-n-хінонімінів (3) в спектрах ЯМР1Н спостерігається нееквівалентність сигналів протонів Н3 і Н5, та в спектрах ЯМР13С - нееквівалентність сигналів атомів карбона пар С2 і С6 та С3 і С5 внаслідок малої швидкості процесу інверсії атома нітрогену в шкалі часу ЯМР.

В четвертому розділі вивчена реакційна спроможність N-арилсульфоніл-n-хінонімінів зі стерично утрудненим атомом нітрогену з різними реагентами у порівнянні зі звичайними N-арилсульфоніл-n-хінонімінами.

Реакція N-арилсульфоніл-n-хінонімінів (2,4,5,7) зі стерично утрудненим атомом нітрогену зі спиртами перебігає тільки за схемою 1,2-приєднання з утворенням продуктів хінолідної структури (6,8), у той час як звичайні N-арилсульфоніл-n-хіноніміни без стерично утрудненого атома нітрогену в реакцію зі спиртами не вступають.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2: Х=Н, Y=CH3

4: X=Cl, Y=CH3

5: X=Y=Cl

R=CH3, C2H5, C3H7

Размещено на http://www.allbest.ru/

Відомо, що реакція звичайних N-арилсульфоніл-n-хінонімінів без двох замісників в -положеннях до звязку С=N з діалкілфосфітами перебігає за багатьма напрямками: за схемами 1,4-, 6,1-, 6,3-, 1,2-приєднання. В результаті здійснення реакції N-арилсульфоніл-n-хінонімінів (2,4) зі стерично утрудненим атомом нітрогену з діалкілфосфітами встановлено, що реакція перебігає тільки за схемою 1,2-приєднання з утворенням хінолідної структури (9).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Alk=CH3, C2H5, i-C3H7

Размещено на Allbest.ru