Арил(гетери)ацилоїни. Синтез і властивості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна Академія Наук України

Інститут органічної хімії

УДК 547.577

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Арил(гетерил)ацилоїни. Синтез та властивості

02.00.03 - органічна хімія

Лапандін Андрій В'ячеславович

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі органічної хімії хімічного факультету Дніпропетровського національного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, доцент

Івонін Сергій Павлович,

ЗАТ “Техна”, м. Дніпропетровськ, заступник директора з наукової роботи

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор

Станінець Василь Іванович,

Інститут органічної хімії НАН України, м. Київ, завідувач відділу

доктор хімічних наук,

Броварець Володимир Сергійович,

Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, м. Київ,

провідний науковий співробітник

Провідна установа: Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, м. Донецьк

Захист дисертації відбудеться 9 червня 2005 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.217.01 в Інституті органічної хімії НАН України, 02094, Київ-94, вул. Мурманська, 5, факс (044) 573-26-43

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Інституту органічної хімії НАН України

Автореферат розісланий 26 квітня 2005 р.

В. о. вченого секретаря

спеціалізованої вченої ради

доктор хімічних наук Пашинник В.Ю.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Бензоїни широко використовуються як синтони в синтезі різноманітних класів сполук, в тому числі гетероциклічного ряду, і знаходять практичне застосування як фотоініціатори полімеризації. Вони також виявляють біологічну активність, зокрема, здатні інгібувати уреазу. Бензоїнова конденсація та її модифікації є зручним методом синтезу різноманітних функціоналізованих бензоїнів. Одначе, дезактивовані альдегіди не активні в цій реакції, тому бензоїни, які містять залишки електронозбагачених бензолів та гетероциклів важкодоступні, а деякі взагалі невідомі. Незважаючи на значні успіхи у вивченні хімії бензоїнів, особливо симетричної будови, хімічні властивості несиметричних бензоїнів залишаються практично не дослідженими. Тому розробка методів синтезу несиметричних бензоїнів та вивчення їх ізомеризацій в різних умовах є актуальною, перспективною та має практичну спрямованість.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в рамках бюджетної теми кафедри органічної хімії хімічного факультету Дніпропетровського національного університету “Катіонотропне перегрупування в ряду несиметричних ацилоїнів” (№ держреєстрації 0101U001529).

Мета і завдання дослідження. Робота присвячена розробці препаративних підходів до ізомерних несиметричних бензоїнів на основі електронозбагачених похідних бензолу і гетероциклів та виявлення основних закономірностей поведінки одержаних бензоїнів в основних та кислих середовищах, а також пошуку шляхів їх функціоналізації. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

Розробити препаративний метод синтезу б-бензоїнів гідроксиалкілюванням електронозбагачених похідних бензолу і гетероциклів арилгліоксалями та з'ясувати вплив будови субстрату і електрофілу на регіоселективність і вихід продуктів реакції.

Вивчити фактори, що впливають на б>в ізомеризацію бензоїнів, і розробити зручний препаративний метод синтезу в-ізомерів несиметричних бензоїнів. бензоїн синтез електрофіл гетероцикл

Відстежити взаємний вплив б-гідроксикетонної групи і замісників в гетарильних залишках на їх реакційну здатність з метою подальшої функціоналізації несиметричних бензоїнів.

Об'єкт дослідження - несиметричні бензоїни на основі електронозбагачених похідних бензолу та гетероциклів.

Предмет дослідження - синтез несиметричних бензоїнів та вивчення їх ізомеризацій в різноманітних умовах.

Методи дослідження - органічний синтез, хроматографія, елементний аналіз, спектральні методи дослідження (уф-, іч-, ямр-спектроскопії та мас-спектрометрія).

Наукова новизна одержаних результатів. розроблено зручні препаративні методи синтезу несиметричних бензоїнів б-ряду гідроксиалкілуванням арилгліоксалями електронозбагачених похідних бензолу і гетероциклів та в-ряду ізомеризацією б-бензоїнів в основних середовищах, а також шляхи їх функціоналізації до альдегідних, нітрильних та інших похідних, що відкриває можливості цілеспрямованого синтезу сполук цього класу.

Показано, що б-бензоїни здатні каталітично в основному середовищі або не каталітично при високих температурах ізомеризуватись до в-бензоїнів, а в кислому середовищі міжмолекулярно конденсуватись з утворенням полігетероциклічних сполук. для 4'-диметиламінобензоїну в присутності триетиламіну виявлено його диспропорціювання до щ,щ-діарилацетофенону.

Знайдено, що підвищення температури, основності каталізатора, полярності розчинника, а також різниці в електронодонорній здатності гетарильного та арильного залишків сприяє процесу б>в ізомеризації.

Показані можливості функціоналізації несиметричних бензоїнів - похідних піролу та фурану - із використанням захисної та орієнтуючої n,n-диметилгідразонометильної групи.

Несиметричні б-бензоїни, в залежності від будови гетарильного залишку, здатні термічно ізомеризуватись до відповідних в-ізомерів або міжмолекулярно конденсуватись. останній напрямок в кислому середовищі стає головним і б-бензоїни, що містять вільне активне орто-положення до гідроксиалкільної групи в гетероциклічному залишку, утворюють дигетероанельовані похідні бензолу (індоло[3,2-b]-карбазоли, піроло[3,4-f]ізоіндоли).

Практичне значення одержаних результатів. розроблено препаративні підходи до несиметричних бензоїнів на основі електронозбагачених похідних бензолу та гетероциклів.

На основі реакцій міжмолекулярної конденсації б-бензоїнів похідних піролу та індолу розроблені методики синтезу індоло[3,2-b]-карбазолів, піроло[3,4-f]ізоіндолів.

Знайдені шляхи функціоналізації несиметричних бензоїнів - похідних піролу та фурану, що розширює можливості для цілеспрямованого синтезу сполук заданої будови.

Особистий внесок пошукача. дисертантом здійснено огляд наукової літератури та виконана експериментальна частина роботи: лабораторний синтез сполук, аналіз спектральних даних і встановлення будови одержаних сполук, а також узагальнення отриманих результатів і формулювання основних положень роботи. постановка задач та обговорення результатів досліджень проведені з науковим керівником. синтези б-бензоїнів із індолу та n,n-диметилгідразону фурфуролу проведено в співпраці з к.х.н. В. Г. Штамбургом та к.х.н. А. О. Аніщенком. спектральні дослідження сполук виконані в співпраці з к.х.н. В. В. Піроженком, к.х.н. І. Ф. Цимбалом та к.х.н. О. В. Мазепою.

Апробація результатів роботи. основні результати роботи були представлені на Xix (Львів, 2001) та Xx (Одеса, 2004) українських конференціях з органічної хімії, на міжнародній конференції “Хімія азотовмісних сполук “ (Харків, 2003), і (Київ, 2003) та іі (Дніпропетровськ, 2004) всеукраїнських конференціях молодих вчених з актуальних питань хімії.

Публікації. за результатами досліджень опубліковано 7 статей в наукових журналах і тези 5 доповідей на міжнародних і національних конференціях.

Структура і зміст роботи. дисертація викладена на 129 сторінках і містить вступ, п'ять розділів, висновки, список літератури із 199 найменувань. матеріал роботи проілюстровано 29 таблицями і 56 схемами. перший розділ - огляд наукової літератури з основних методів синтезу і хімічних властивостей бензоїнів. власні дослідження викладені в другому, третьому, четвертому і п'ятому розділах. у другому розділі описано синтез б-бензоїнів гідроксиалкілуванням електронозбагачених похідних бензолу і гетероциклів арилгліоксалями. в третьому розділі розглянута ізомеризація б-бензоїнів у відповідні в-ізомери в різних умовах, а також утворення полігетероциклічних систем із б-бензоїнів в кислих середовищах. в четвертому розділі показані можливості функціоналізації бензоїнів в гетарильних залишках на прикладі перетворень n,n-диметилгідразонометильної групи, а також вплив останньої на реакційну здатність б-гідроксикетонної групи в несиметричних бензоїнах. п'ятий розділ містить методики синтезу отриманих сполук.

Основний зміст роботи

Електрофільне гідроксиалкілювання електронозбагачених похідних бензолу і гетеро циклів арилгліоксалі є м'якими електрофільными реагентами, здатними взаємодіяти з різноманітними нуклеофілами. однак використання їх в реакціях з ароматичними сполуками для одержання б-бензоїнів має ряд обмежень. застосування в ролі каталізатора хлористого алюмінію дає можливість отримувати лише похідні галоген- та метилзаміщених бензолів, а в кислому середовищі відразу утворюються щ,щ-ди(гет)арилацетофенони. нами розроблено зручний препаративний метод синтезу б-бензоїнів гідроксиалкілюванням електронозбагачених похідних бензолів і гетероциклів за відсутності каталізатора, що приводить до утворення б-бензоїнів 1-8 з виходами 50-80%.

Взаємодія фенілгліоксалю з N,N-диметиланіліном в бензолі при кімнатній температурі приводить до утворення б-бензоїну 1а з виходом 55%. Зниження електронодонорної здатності замісника в бензолі значно знижує реакційну здатність останнього в реакції з фенілгліоксалем. Так, при гідроксиалкілуванні 4-фенілморфоліну б-бензоїн 1б утворюється з нижчим виходом, а взаємодія фенілгліоксалю з диметиловим етером резорцину нами не зафіксована. Аналогічно протікає гідроксиалкілування N,N-діалкіланілінів тієнілгліоксалем з утворенням відповідних б-бензоїнів 1в,г.

При кип'ятінні менш активного гідрату фенілгліоксалю і n,n-диметиланіліну в бензолі нами виділено не лише продукт гідроксиалкілування - б-бензоїн 1а, але і продукт подальшого приєднання n,n-диметиланіліну - біс-аддукт 9а. ймовірно, реакційна здатність бензильної гідроксигрупи при високих температурах зростає, і швидкість реакції арилювання, в результаті якої утворюється біс-аддукт 9а, співмірна із швидкістю первинної реакції гідроксиалкілювання.

Северін із співробітниками (Chem. Ber. 1975, 108, 1768) при гідроксиалкілуванні N-алкілпіролів використовували фенілгліоксаль, при цьому вихід продуктів реакції не перевищував 50%. Нами показано, що активність 1-метилпіролу і 1,2,5-триметилпіролу дозволяє успішно проводити реакцію при використанні менш активного гідрату фенілгліоксалю в киплячому бензолі з утворенням б-бензоїнів 2а і 3а з вищими виходами. Гідроксиалкілування N-арилпіролів фенілгліоксалем протікає регіоселективно в положення 2 піролу з утворенням б-бензоїнів 2б,в.

Проведення гідроксиалкілування індолу гідратами арилгліоксалів в киплячому бензолі приводить до утворення б-бензоїнів 4. Всупереч літературним даним (ЖВХО 1970, 15, 350) впливу арильного залишку на напрямок і перебіг реакції не виявлено. Одначе, при синтезі б-бензоїну 4а із реакційної суміші був також виділений в невеликій кількості і біс-аддукт 9б. Використання більш активних безводних арилгліоксалів при кімнатній температурі не впливає на регіоселективність реакції і вихід б-бензоїнів, але дозволяє уникнути утворення продуктів окиснення і подальшого арилюваня.

Як і слід було очікувати, внаслідок значно меншої активності фурану, порівняно з піролом, реакція гідроксиалкілування сильвану з утворенням б-бензоїну 8 протікає лише з безводним фенілгліоксалем за 12 діб, тоді як б-бензоїн 2а утворюється з N-метилпіролу навіть при кип'ятінні із гідратом фенілгліоксалю протягом 2 годин.

Поведінка бензоїнів у основних і кислих середовищах

Однією з найцікавіших хімічних властивостей несиметричних бензоїнів є їх ізомеризація. Нами досліджувався вплив температури, характеру і сили основи, полярності розчинника на ізомеризацію модельних б-бензоїнів 1а, 4а в основних середовищах.

Знайдено, що ізомеризація б-бензоїнів 1, 11 в етанолі в присутності гідроксиду калію до відповідних в-бензоїнів 10, 11а спостерігається лише при кип'ятінні. У випадку відтворення “ізомеризації” б-бензоїну 1а при кімнатній температурі нами виділено вихідний б-бензоїн, що не зазнав змін, а не в-бензоїн 10, як це було описано раніше (J. Chem. Soc. 1932, 2547).

Фактором, що впливає на перетворення б-бензоїнів, є також природа основи. На відміну від б-бензоїну 1a, для якого виявлено два напрямки перетворення в киплячому спирті, б-бензоїн 4a гладко ізомеризується в присутності різних основ. Так, збільшення основності каталізатора зменшує тривалість ізомеризації (табл. 1).

Таблиця 1

Вплив основи (EtOH, 78?С)

Основа	НO-	NEt3	NC-	Py	AcO-
Час ізомеризації, год*	2	3	4	5	6
pKb	-0.77	3.13	5.90	8.77	9.25

* визначений за зникненням плями вихідного б-бензоїну на ТШХ (через кожні 30 хв)

Дуже цікавою виявилась поведінка б-бензоїну 1а в присутності триетиламіну. Так, кип'ятіння його в спирті приводить до утворення продукту 9а. Заміна етилового спирту на апротонний ТГФ або піридин не змінює напрямку реакції.

Ймовірно, в присутності триетиламіну зворотно відбувається диспропорціювання б-бензоїну до фенілгліоксалю і N,N-диметиланіліну. Взаємодія останнього з б-бензоїном 1а приводить до утворення в реакційній суміші продукту 9а. Для бензоїнів такий вид диспропорціювання виявлено вперше.

Не менш важливим фактором, що впливає на б>в ізомеризацію несиметричних бензоїнів в основних середовищах, є полярність розчинника. Так, при ізомеризації б-бензоїну 4а в присутності триетиламіну встановлено, що збільшення полярності розчинника сприяє скороченню тривалості ізомеризації (табл. 2), що свідчить, на нашу думку, про утворення в процесі реакції проміжного зарядженого інтермедіату, причому його утворення, на наш погляд, є лімітуючою стадією.

Таблиця 2

Вплив розчинника (NEt₃, 80?С)

Розчинник	PhMe	ClCH2CH2Cl	EtOH	MeCN
Час ізомеризації, год	8	5	3	2
Діелектрична проникність	2.38	10.36	25.20	37.40

Під час ізомеризації б-бензоїну утворюється термодинамічно більш стабільний в-ізомер, що, на нашу думку, є рушійною силою ізомеризації. Підвищена термодинамічна стабільність останнього пов'язана з більш ефективною делокалізацією електронної густини в системі в-бензоїну, що пов'язано із спряженням карбонільної групи з більш електронодонорним залишком, ніж в б-бензоїні. Як міру більш ефективного спряження можна використовувати зміщення смуги поглинання зв'язку С=О б-гідроксикетонного угруповання в ІЧ-спектрах ізомерних бензоїнів (табл. 3).

Таблиця 3

Смуги поглинання зв'язку С=О б-гідроксикетонного угруповання

в ІЧ-спектрах ізомерних бензоїнів 1а, 4а, 10, 11а

R	б-бензоїн	в-бензоїн	Д н (С=О), см-1
	н (С=О), см-1	н (С=О), см-1
	1675	1655	20
	1670	1625	45

Збільшення різниці в електронодонорній здатності (гет)арильних залишків в молекулі б-бензоїну, повинно сприяти процесу б>в ізомеризації. В підтвердження цього припущення була вивчена ізомеризація б-бензоїнів, що містять різні за елетронодонорною здатністю гетероциклічні залишки.

Результати досліджень показали, що на б>в ізомеризацію суттєво впливає електронна природа гетероциклічного залишку. Так, спостерігається подовження тривалості ізомеризації б-бензоїнів 2а, 3а, 4а, 8 із зменшенням електронодонорності гетероциклічного залишку (табл. 4). На прикладі піролів 2, 3 встановлено, що тривалість ізомеризації зростає із зниженням електронодонорності положення гетероциклу. При цьому реакційний центр виявився чутливим до електронного ефекту замісника біля атома азоту: збільшення електронодонорної здатності замісника сприяє ізомеризації.

Протилежний вплив електронодонорних властивостей спостерігається для арильного залишку у правій частині молекули бензоїнів похідних індолу 4: при підвищенні донорності продовжується тривалість ізомеризації.

Таблиця 4

Вплив гетероциклічного залишку (Ar = Ph)

Het
Час ізомеризації, год	1.5	3	5	6.5
Д н (C=O), см-1	50	45	40	28

Збільшення об'єму замісника (стерична константа E_s) в орто-положенні до б-гідроксикетонної групи в гетарильному залишку в ряду похідних 2-алкіліндолів 5 приводить до продовження тривалості ізомеризації (табл. 5), що пов'язано, на наш погляд, із стеричними перешкодами для відриву протона від атома вуглецю гідроксиметинової групи.

Таблиця 5

Вплив стеричних ефектів (Ar = Ph, Het = 2-R²-індол-3-іл)

R2	H	Me	t-Bu	Ph
Час ізомеризації, год	3	5	9	9
Es	0	-1.24	-2.78	-3.82

На відміну від індолів, які містять б-гідроксикетонну групу в положенні 3, індол 7, з вказаною групою в положенні 2, ізомеризуєтся до в-бензоїну 16 тільки в присутності сильнішої основи - гідроксиду калію, що пов'язано із значно нижчою електронодонорністю положення 2 індолу і стеричними перешкодами, що створюються метильними групами.

Гідроксильний протон в бензоїнах в розчині хелатований, що робить його більш рухливим. Тому при кімнатній температурі основа відриває в першу чергу цей протон. В аніоні А, що утворився, гідридний зсув до атома вуглецю карбонільної групи є малоймовірним. При підвищених температурах стає можливим відрив основою протона від атома вуглецю гідроксиметинової групи з утворенням аніона Б, який стабілізований внутрішньомолекулярним водневим зв'язком. В аніоні Б можлива внутрішньомолекулярна прототропія, що, напевно, і дозволяє перебігу б>в ізомеризації. Запропонований шлях ізомеризації підтверджується квантово-хімічними розрахунками за напівемпіричним методом AM1 для похідних пара-диметиламінобензоїнів. Так, оптимізація геометрії та розрахунки енергії утворення свідчать, що утворення аніона Б є термодинамічно більш вигідним напрямком перетворення, ніж утворення аніона А.

Внутрішньомолекулярна прототропія підтверджується збереженням вмісту дейтерію біля гідроксильного атома кисню в ізомерних дейтерованих бензоїнах 18 при ізомеризації в присутності триетиламіну.

При аналізі спектральних даних ізомерних несиметричних бензоїнів можна відзначити наступні особливості. Для в-бензоїнів в спектрах ЯМР ¹Н дублети орто-протонів незаміщеного фенільного кільця зсунуті на 0.5-0.6 м.ч. в сильніше поле; в ІЧ спектрах смуга поглинання карбонільної групи зсувається в довгохвильову область; в УФ спектрах ізомерних бензоїнів для R-смуги поглинання спостерігається батохромний зсув з 245-250 нм до 330-350 нм порівняно з б-ізомерами.

Дуже цікавою виявилась мас-спектральна поведінка ізомерних бензоїнів. Встановлено, що основним напрямком фрагментації є розрив центрального С-С-зв'язку з локалізацією заряду на фрагменті, який містить гетероциклічний залишок.

Кожний із вивчених рядів ізомерів має власний базовий пік, що дозволяє їх розрізняти: для б-ізомера - пік гідроксибензильного катіона, а для в-ізомера - гетароїльного катіона. В більшості випадків в мас-спектрах другими за інтенсивністю є піки фрагментів, які утворюються при наступному елімінуванні наведеними вище іонами молекули СО: для б-ізомера це, ймовірно, у-комплекс, а для в-ізомера - гетарильний іон.

Утворення термодинамічно більш стабільного в-ізомера є рушійною силою ізомеризації, тому остання повинна протікати і за відсутності основи при підвищеній температурі. В підтвердження цього припущення була вивчена поведінка ізомерних бензоїнів при температурі вище температури плавлення. Нами знайдено, що б-бензоїни 1а, 3а, 8 ізомеризуються до в-ізомерів нагріванням при 200?С протягом 10 хв. з кількісним виходом. Ймовірно, термічна ізомеризація протікає через ендіольну форму в результаті кето-енольної таутомерії. У той же час присутність в молекулі N-метилпіролу 5 активного до реакцій електрофільного заміщення положення 5 приводить до того, що при витримці його плаву поряд з продуктом ізомеризації - в-бензоїном 13а з реакційної суміші був виділений також продукт міжмолекулярної конденсації - порфірин 19 з виходом 20%.

Поведінка похідних індолу в цих умовах складніша. Так, 1,2-диметиліндол 5б ізомеризується до в-ізомера 15б з кількісним виходом. В той же час індоли 4а,б, що не містять замісників в положенні 2, утворюють продукти конденсації - індоло[3,2-b]карбазоли 20.

Полігетероциклічні продукти 19, 20 утворюються, ймовірно, в результаті електрофільного алкілування орто-положення гетероциклу бензильною гідроксигрупою з подальшим окисненням, що приводить до утворення ароматичної структури. В кислому середовищі реакційна здатність бензильної гідроксигрупи зростає і утворення сполук 19, 20 з виходами 70-80% з піролу 2а і індолів 4а,б, відповідно, стає основним напрямком перетворення.

Аналогічно і 1,2,5-триметилпірол 3а в кислому середовищі легко перетворюється до піроло[3,4-f]ізоіндолу 21 з виходом 75%. Останній був одержаний також конденсацією біс-бензоїну 22 і 1,2,5-триметилпіролу з виходом 77%.

Цікаво зазначити, що при проведенні реакції між фенілгліоксалем і 1,2,5-триметилпіролом в кислому середовищі відразу утворюється також циклічна структура 21.

Очевидно в останньому випадку реакція протікає через проміжний щ,щ-біс-дипіролілацетофенон 23, що підтверджується можливістю проведення циклізації за допомогою фенілгліоксалю аналогічної сполуки дипіролілметану 24.

в-Бензоїни виявились стійкими при кип'ятінні в кислому середовищі.

Функціонально заміщені несиметричні бензоїни

Цікаво було вивчити функціоналізовані бензоїни та вплив б-гідроксикетонного угруповання на реакційну здатність замісників в гетероциклічному кільці ізомерних бензоїнів. Як замісник була використана N,N-диметилгідразонометильна група, яка, як відомо, здатна перетворюватись до альдегідів та нітрилів.

Нами знайдено, що гідроксиалкілування N,N-диметилгідразонів N-метилпіро-2-карбальдегіду та фурфуролу арилгліоксалями протікає регіоселективно по положенню 5 гетероциклу з утворенням відповідних б-бензоїнів 27 з високим виходом (87%).

Активація гетероциклічного кільця гідразонометильною групою дозволило провести реакцію з менш активними гідратами арилгліоксалю навіть при кімнатній температурі, що було не притаманно незаміщеним гетероциклам.

б-Бензоїни 27 кількісно ізомеризуються в присутності триетиламіну до відповідних в-бензоїнів 28. Активація гетарильного залишку в б-бензоїнах 27 введенням N,N-диметилгідразонометильної групи скорочує тривалість ізомеризації порівняно з незаміщеними б-бензоїнами 2а, 8а. N,N-Диметилгідразонометильна група сильніше активує фуранове кільце, порівняно з пірольним циклом.

Таблиця 6

Вплив гетероциклічного залишку

Het
Час ізомеризації, год	1.5	1.5	1.5	6.5
Д н (C=O), см-1	74	70	50	28

Наявність основної диметиламіногрупи в молекулах гідразонів приводить до того, що б-бензоїни 27 здатні ізомеризуватись і за відсутності триетиламіну - при кип'ятінні їх бензольних розчинів. Цікаво зазначити, що при гідроксиалкілуванні фенілгліоксалем гідразонів альдегідів в киплячому бензолі з тієї ж причини головними продуктами реакції виявились також в-бензоїни 28.

Зниження електронної густини на третинному атомі азоту в в-бензоїнах за рахунок електроноакцепторного впливу карбонільної групи приводить до того, що алкілування йодистим метилом в-бензоїнів 28 відбувається лише при кип'ятінні протягом 24 год., в той час як б-бензоїни 27 легко алкілуються при нагріванні протягом 1 год.

Одержані солі легко були перетворені до нітрилів або альдегідів при незначному нагріванні їх водних розчинів в нейтральному або слабокислому середовищі, відповідно. При цьому солі 29 утворюють в більшості випадків бензили 31, 33а, тоді як солі в-бензоїнів 30 легко утворюють бензоїни 32, 34, що пов'язано з електроноакцепторним впливом б-гідроксикетонного угруповання.

В одержаних альдегідах 33б, 34 існують два реакційних центри, здатних реагувати з N-нуклеофілами. Реакція вказаних альдегідів з пара-бромобензгідразидом в киплячому етиловому спирті у всіх випадках протікає регіоселективно по альдегідній групі. Цікаво, що гідразони 27, 28, вступають з гідразидом тільки в реакцію перегідразонування як в нейтральному, так і в кислому середовищах, при цьому б-гідроксикетонне угруповання не змінюється.

Реакційна здатність в-похідних альдегідів 34 або гідразонів 28 в реакції з пара-бромобензгідразидом вища ніж відповідних б-ізомерів і не залежить від умов проведення реакції, що пов'язано з електроноакцепторним впливом карбонільної групи б-гідроксикетонного угрупщвання. Як і слід було очікувати, утворення ароїлгідразонів з фуранових похідних відбувається швидше і з вищим виходом, ніж із пірольних, в яких альдегідна і гідразонна групи більш дезактивовані електронодонорним впливом піролу.

Можливість перебігу реакції по карбонільній групі б-гідроксикетонного угрупування була продемонстрована на незаміщених бензоїнах. При цьому реакційна здатність б-бензоїнів 4а, 8, в яких карбонільна група спряжена з менш електронодорним залишком - бензольним ядром - вища, ніж відповідних в-бензоїнів 11а, 17. Так, гідразони 37 утворюються при тривалому кип'ятінні з виходами ~ 40%, тоді як гідразони 38 утворюються лише в кислому середовищі з нижчим виходом (25%).

Цікавою виявилась поведінка пара-диметиламінобензоїнів 1а, 10 в реакції з пара-бромобензгідразидом. Якщо в-бензоїн 10 утворює гідразон 39 по карбонільній групі, то б-бензоїн 1а реагує з нуклеофілом, ймовірно, по гідроксильній групі, що приводить до утворення також гідразону 39.

Висновки

Розроблено зручні препаративні методи синтезу несиметричних бензоїнів б-ряду гідроксиалкілуванням арилгліоксалями електронозбагачених похідних бензолу і гетероциклів та в-ряду ізомеризацією б-бензоїнів в основних середовищах, а також шляхи їх функціоналізації до альдегідів та нітрилів, що відкриває можливості цілеспрямованого синтезу сполук цього класу.

Показано, що б-бензоїни здатні каталітично в основному середовищі або не каталітично при високих температурах ізомеризуватись до в-бензоїнів, що пов'язано з підвищеною термодинамічною стабільністю останніх.

Знайдено, що підвищення температури, основності каталізатора, полярності розчинника, а також різниці в електронодонорній здатності гетарильного та арильного залишків сприяє процесу б>в ізомеризації. збільшення об'єму замісника в орто-положенні до гідроксикетонного угруповання заважає процесу ізомеризації.

Вперше знайдено для 4'-диметиламінобензоїну в присутності триетиламіну його диспропорціювання до щ,щ-діарилацетофенону.

Показані можливості функціоналізації несиметричних бензоїнів похідних піролу та фурану із використанням захисної та орієнтуючої n,n-диметилгідразонометильної групи, що дозволило здійснити синтез відповідних нітрилів і альдегідів, які містять бензоїнову групу. активація гетарильного залишку введенням n,n-диметилгідразонометильної групи сприяє б>в ізомеризації.

Несиметричні б-бензоїни, що містять в гетероциклічному залишку вільне орто-положення до гідроксиалкільної групи, здатні в кислому середовищі або термічно міжмолекулярно конденсуватись з утворенням дигетероанельованих похідних бензолу (індоло[3,2-b]-карбазолів, піроло[3,4-f]ізоіндолів).

Список публікацій за темою дисертації

Лапандин А. В., Тимчук Е. А., Коптева С. Д., Ивонин С. П. Изомеризация и алкилирование изомерных п-диметиламинобензоинов в основных средах // Вісн. Дніпропетр. ун-ту. Хімія. - 2003. - Вип. 9. - С. 49-56. (Здобувачем здійснені синтетичні дослідження б>в ізомеризації та алкілювання п-диметиламінобензоїнів).

Ivonin S. P., Lapandin A. V., Anishchenko A. A., Shtamburg V. G. Reaction of Arylglyoxals with Electron-rich Benzenes and р-Excessive Heterocycles. Facile Synthesis of Heteroaryl б-Acyloins // Synth. Commun. - 2004. - Vol. 34, № 3. - P. 451-461. (Здобувачем здійснені синтетичні дослідження реакції гідроксиалкілювання електронозбагачених бензолів та гетероциклів фенілгліоксалем).

Ивонин С. П., Лапандин А. В., Штамбург В. Г. Изомеризация (гет)арил бензоинов в основных средах // Хим. гетероцикл. соедин. - 2004. - № 2. - С. 187-194. (Здобувачем здійснені синтетичні дослідження б>в ізомеризації несиметричних бензоїнів та проведений аналіз спектральних даних отриманих сполук).

Ivonin S. P., Lapandin A. V. Isomerization of Hetaryl Analogues of б-Benzoins in Basic Media // Synth. Commun. - 2004. - Vol. 34, № 20. - P. 3727-3735. (Здобувачем здійснені синтези в-бензоїнів, проведений аналіз спектральних даних та здійснений доказ будови отриманих сполук).

Ivonin S. P., Lapandin A. V., Anishchenko A. A., Shtamburg V. G. Mutual Influence of (Dimethylhydrazono)methyl Groups and б-Hydroxyketone Moieties in Hetaryl Analogues of Unsymmetric Benzoins // Eur. J. Org. Chem. - 2004. - № 22. - 4688-4693. (Здобувачем здійснені дослідження по синтезу, б>в ізомеризації та іншим хімічним перетворенням функціонально заміщених бензоїнів, проведений аналіз спектральних даних отриманих сполук).

Лапандин А. В., Ласкин А. Е., Ивонин С. П. Термическая устойчивость и поведение в кислых средах несимметричных бензоинов // Вісн. Дніпропетр. ун-ту. Хімія. - 2004. - Вип. 10. - 44-49. (Здобувачем вивчені хімічні перетворення бензоїнів при високих температурах та у кислому середовищі, проведений доказ будови отриманих сполук).

Ivonin S. P., Lapandin A. V. Conversions of unsymmetrical benzoins in basic media // ARKIVOC. - 2005. - Part viii. - P. 4-9. (Здобувачем вивчений вплив реакційних умов на б>в ізомеризацію несиметричних бензоїнів, проведений аналіз спектральних даних та здійснений доказ будови отриманих сполук).

Івонін С. П., Аніщенко А. О., Лапандін А. В., Штамбург В. Г. Катіонотропна ізомеризація в ряду фенілпіроліл(індоліл)ацилоїнів // XIX Українська конференція з органічної хімії. Тези доповідей. - Львів, 2001. - С. 531.

Лапандин А. В., Анищенко А. А. Конденсация фенилглиоксаля с р-избыточными гетероциклами и изомеризация продуктов в основных средах // Всеукраїнська конференція молодих вчених з актуальних питань хімії. Тези доповідей. - Київ, 2003. - С. 14.

Lapandin A. V., Shtamburg V. G., Anishchenko A. A., Ivonin S. P. N,N-Dimethylhydrazones of aldehydes of р-excessive heterocycles containing acyloin group // International conference Chemistry of nitrogen containing heterocycles CNCH-2003. Abstracts. - Kharkiv, Ukraine, 2003. - P. 180.

Лапандин А. В. Масс-спектральное, термическое и кислотное поведение гетарильных аналогов несимметричных бензоинов // II Всеукраїнська конференція молодих вчених з актуальних питань хімії. Тези доповідей. - Дніпропетровськ, 2004. - С. 35.

Ивонин С. П., Лапандин А. В., Штамбург В. Г. Гетарильные аналоги несимметричных бензоинов. Синтез и изомеризация в основных средах // XX Українська конференція з органічної хімії. Тези доповідей. - Одеса, 2004. - Ч. 1, С. 185.

Анотація

Лапандін А. В. Арил(гетери)ацилоїни. Синтез і властивості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03. - органічна хімія. - Інститут органічної хімії Національної академії наук України, Київ, 2005.

Робота присвячена синтезу несиметричних бензоїнів б-ряду гідроксиалкілуванням арилгліоксалями електронозбагачених похідних бензолу і гетероциклів; і в-ряду ізомеризацією б-бензоїнів в основних середовищах та функціоналізації їх до альдегідних, нітрильних та інших похідних. Знайдено, що підвищення температури, основності каталізатора, полярності розчинника, а також різниці в електронодонорній здатності гетарильного та арильного залишків сприяє процесу б>в ізомеризації. для 4'-диметиламінобензоїну в присутності триетиламіну виявлено його диспропорціювання до щ,щ-діарилацетофенону. На прикладі n,n-диметилгідразонометильної групи показані можливості функціоналізації гетарильних залишків несиметричних бензоїнів.

Несиметричні б-бензоїни, в залежності від будови гетарильного залишку, здатні термічно ізомеризуватись у відповідні в-ізомери або міжмолекулярно димеризуватись. Останній напрямок в кислому середовищі стає головним і б-бензоїни, що містять вільне орто-положення до гідроксиалкільної групи в гетероциклічному залишку, утворюють дигетероанельовані похідні бензолу (індоло[3,2-b]-карбазоли, піроло[3,4-f]ізоіндоли).

Ключові слова: бензоїни, гетероцикли, гідразони, ізомеризація, основний каталіз, електрофільне заміщення.

Аннотация

Лапандин А. В. Арил(гетерил)ацилоиы. Синтез и свойства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03. - органическая химия. - Институт органической химии Национальной академии наук Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена синтезу новых изомерных несимметричных бензоинов б-ряда гидроксиалкилированием арилглиоксалями электронообогащенных бензолов и гетероциклов (пиррол, индол, фуран) и в-ряда изомеризацией б-бензоинов в основных средах и изучению реакционной способности изомерных бензоинов.

Показано, что б-бензоины способны каталитически в основных средах или не каталитически при высоких температурах изомеризоваться в в-бензоины; в кислых средах межмолекулярно конденсироваться с образованием полигетероциклических соединений. для 4'-диметиламинобензоина в присутствии триэтиламина обнаружено его диспропорционирование в щ,щ-диарилацетофенон.

Найдено, что увеличение температуры, основности катализатора, полярности растворителя, а также разницы в электронодорной способности гетарильного и арильного остатков способствует протеканию б>в изомеризации. увеличение стерического объема заместителя в орто-положении к бензильной гидроксигруппе увеличивает продолжительность изомеризации. обсуждается схема б>в изомеризации.

Показано, что несимметричные б-бензоины в зависимости строения способны термически изомеризоваться в соответствующие в-изомеры или межмолекулярно конденсироваться. в кислых средах б-бензоины, содержащие свободное орто-положение к гидроксиалкильной группе в гетероциклическом остатке, способны димеризоваться в дигетероанелированные бензолы (индоло[3,2-b]карбазолы, пирроло[3,4-f]изоиндолы).

Показаны возможности функционализации несимметричных бензоинов с применением защитно-ориентирующей n,n-диметилгидразонометильной группы, что позволило получить бензоины, содержащие нитрильную, альдегидную группы в гетероциклическом остатке и их производные. активирующее влияние n,n-диметилгидразонометильной группы способствует б>в изомеризации. в в-бензоинах акцепторное влияние б-гидроксикетонной группы на гидразонометильную приводит к снижению электронной плотности на третичном атоме азота и активации атома углерода к нуклеофильной атаке в последней.

Ключевые слова: бензоины, гетероциклы, гидразоны, изомеризация, основный катализ, электрофильное замещение.

Summary

Lapandin A. V. Aryl(heteryl)acyloins. Synthesis and properties. - Manuscript.

Thesis for Ph.D. degree in specialty 02.00.03. - organic chemistry. Institute of Organic Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2005.

Paper is devoted to synthesis of new unsymmetrical benzoins б-series with the hydroxyalkylation of electron rich benzenes and heterocycles (pyrrole, indole, furan) with arylglyoxals and в-series with the isomerization of б-benzoins in basic media and to studying of reaction ability of isomeric benzoins.

Temperature has been found to be the most significant factor influencing on conversions of unsymmetrical benzoins in basic media: б>в isomerization is possible only on heating and does not proceed at room temperature. Isomerization favoured by an increase in catalyst basicity, solvent polarity and electron-donor ability of a hetaryl residue. The new disproporation of 4'-dimethylaminobenzoin to щ,щ-diarylacetophenone in the presence of thriethylamine has been found.

Opportunity of functionalization of hetaryl residues in benzoins with transformations of N,N-dimethylhydrazonomethyl group are shown.

б-Benzoins depending on a structure can be thermally isomerized to в-isomers or intermolecular dimerized. б-Benzoins containing free ortho-position to hydroxyalkyl group in heterocyclis residue is easy dimerized to diheteroanelated benzenes (indolo[3,2-b]carbazoles, pyrrolo[3,4-f]isoindoles).

Key words: basic catalysis, benzoins, electrophilic substitution, heterocycles, hydrazones, isomerization.

Размещено на Allbest.ru

...