WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

КОЛЕВАТОВА ЯНА ГЕОРГИЕВНА

2,4-ДИАРИЛБИЦИКЛО[3.3.1]НОН-2-ЕН-9-ОНЫ: СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И НЕКОТОРЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

02.00.03 – Органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Саратов – 2009

Работа выполнена на кафедре химии и методики обучения Института химии ГОУ ВПО «Саратовского государственного университета имени Н.Г.Чернышевского»

Научный руководитель: доктор химических наук, доцент

Пчелинцева Нина Васильевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, доцент

Голиков Алексей Геннадьевич

кандидат химических наук

Чадина Валерия Вячеславовна

Ведущая организация: Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В.Ломоносова

Защита диссертации состоится «___» декабря 2009 г. в 12.00 ч на заседании диссертационного совета Д 212.243.07 в Институте химии ГОУ ВПО «Саратовского государственного университета имени Н.Г.Чернышевского» по адресу: 410012 г.Саратов, ул. Астраханская, 83 I корпус, нижняя аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Саратовского государственного университета имени Н.Г.Чернышевского

Автореферат разослан «___» ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Сорокин В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. 2,4-Диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-оны – бициклические непредельные «мостиковые» кетоны, – составляют важный класс органических соединений, близких по структуре к природным (garsu-bellin A, huperzine A, papuaforin), обладающим биологической активностью.

Важным аспектом химии 2,4-диарилбицикло[3.3.1]-нон-2-ен-9-онов, содержащих шестичленные циклы различной насыщенности и общую для них карбонильную группу, является способность их к реакциям с электро-фильными и нуклеофильными реагентами, что делает их удобными моделя-ми для изучения закономерностей при галогенировании либо нуклеофильной атаки по карбонильной группе, что важно для выяснения различных теорети-ческих аспектов химии непредельных карбоциклических карбонильных соединений. Свойства таких соединений, способных к уникальным превра-щениям, практически не исследованы, кроме описанного оксимирования и восстановления с образованием бицикло[3.3.1]нонанолов.

Одним из перспективных путей использования 2,4-диарилбицикло-[3.3.1]нон-2-ен-9-онов является синтез на их основе биологически активных веществ. В этой связи разработка методов синтеза 2,4-диарилбицикло[3.3.1]-нон-2-ен-9-онов и изучение их реакций с электрофильными и нуклеофильными реагентами является актуальным направлением органической химии.

Настоящая работа выполнена в русле указанных проблем и представляет собой часть плановых исследований, проводимых в Институте химии Саратовского госуниверситета по теме «Теоретическое и экспериментальное исследование материалов и систем с заданными физико-химическими свойствами (рег. № 3.4.03), при поддержке государственных научно-технических программ МНТП «Общая и техниче-ская химия» МОПО РФ (проект № 01.0106.Ф), гранта № 06-03-32667а РФФИ.

Цель работы состояла в поиске новых путей синтеза 2,4-диарилби-цикло[3.3.1]-нон-2-ен-9-онов, изучении (стерео)строения и реакционной способности, а также выявлении соединений с полезными для практического использования свойствами. В соответствии с поставленной целью в ходе исследования решались следующие задачи:

  1. Разработка новых и модификация известных препаративных способов получения 2,4-диарилбицикло[3.3.1]-нон-2-ен-9-онов на основе 2-(1,3-диарилпропан-3-он-1-ил)циклогексанонов.
  2. Изучение (стерео)строения 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов и их реакционной способности в превращениях с кислотами, галогенами, бинуклеофильными азотистыми реагентами (гидроксиламином, тио- и семикарбазидом).
  3. Выявление биологической активности в рядах 2,4-диарилбицик-ло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов, их гидрокси-, галогензамещенных, оксимов, (тио)семикарбазонов.

На защиту автор выносит

- результаты исследования химии непредельных бициклических «мостиковых» кетонов, основой которого являются новые химические реакции и разработанные на их основе методы направленного синтеза новых рядов 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов, их галогензамещенных и производных (оксимов, семикарбазонов и тиосемикарбазонов); лактонов,,-тригидрокси-,-диарилоктанкарбоновых кислот.

- результаты теоретического обоснования и экспериментального подтвер-ждения вероятных схем реакций и строения синтезированных соединений на основании комплексного исследования методами ИК-, ЯМР 1Н и 13С спектроскопии, масс-спектрометрии, РСтА и квантово-химических расчетов;

- результаты исследования биологической активности полученных соединений.

Научная новизна. Установлено, что циклизация полуциклических 1,5-дикетонов в кислых средах (уксусной кислоте в присутствии уксусного ангидрида и хлорной кислоты или в толуоле в присутствии эфирата трехфтористого бора) протекает по двум конкурирующим направлениям: карбо- и гетероциклизация. Разработаны вопросы теории образования 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов, позволившие выявить закономерности и специфику реакций карбоциклизации полуциклических 1,5-дикетонов в зависимости от условий, строения субстрата и природы реагента. Установлено, что бицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-оны являются интермедиатами в реакции солеобразования пропанонилциклогексанонов.

Показана возможность получения при щелочном гидролизе солей тет-рагидрохроменилия гидроксибицикло[3.3.1]ноненонов, родственных бицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онам.

Впервые обнаружены общие тенденции и различия галогенирования 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов, вызванные природой реагента: электрофильное присоединение хлора и брома по кратной связи ненасыщен-ного алицикла, свободно-радикальное замещение атомов водорода при тре-тичных углеродных атомах, общих для двух алициклов при хлорировании.

Получены ряды новых оксимов, (тио)семикарбазонов на основе бицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов при участии мостикового карбонила.

Установлено, что в условиях реакции Байера-Виллигера на ряду с лактонизацией претерпевают анти-гидроксилирование с образованием лактонов,,-тригидрокси-,-диарилциклооктанкарбоновых кислот.

Впервые выявлены общие закономерности и специфические особенности в спектрах 1Н и 13С 2-гидрокси-2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-3-ен-9-онов, 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов, их галогензамещенных, оксимов, семикарбазонов, тиосемикарбазонов.

Практическая значимость. Разработаны условия эффективных методов синтеза бициклических мостиковых кетонов различной степени насыщенности, замещенности и функционализации на основе полуциклических 1,5-дикетонов или солей тетрагидрохроменилия. Наличие в структуре бициклононенонов и гидроксибициклононенонов нескольких реакционных центров делает их ценными полупродуктами в тонком органическом синтезе. Изучение реакций с участием кратной связи и карбонильной группы – галогенирования, оксимирования, окисления, реакций с семикарбазидом и его тиоаналогом - позволило осуществить переход к различным классам органических соединений с практически полезными свойствами.

Результаты, полученные при исследовании пространственного строения и конформационных особенностей 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов, 2-гидрокси-2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-3-ен-9-онов, их галогензамещенных методом ЯМР 1Н и 13С спектроскопии, масс-спектрометрии могут быть использованы при идентификации родственных бициклических структур.

Получены ряды «мостиковых» бициклических кетонов – перспективных объектов биоскрининговых исследований, содержащих бициклононеноновый фрагмент, ответственный за биологическую активность природных аналогов. Обнаружена антимикробная активность среди синтезированных соединений, что делает их перспективными для дальнейшего изучения.

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на XIX Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2006), «Органическая химия от Бутлерова и Бельштейна до современности». (С.-Петербург, 2006), XVII и XVIII Российской Молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2007, 2008), III школе-семинаре «Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» (Иваново, 2007), XIV Международной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Ломоносов-2007» (Москва, 2007), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007), XI Международной научно-технической конференции «Перспективы развития химии и практического применения алициклических соединений» (Волгоград, 2008), XI Всероссийской научной конференции «Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов» (Саратов, 2008), Международной конференции «Техническая химия: от теории к практике» (Пермь, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ: 6 статей, из них 2 в научных журналах, рекомендованных ВАК, 9 тезисов докладов.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 139 страницах машинописного текста, включая введение, 4 главы, выводы, список цитируемой литературы из 202 наименований, 25 таблиц и 14 рисунков, приложение.

Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору химических наук, доценту Пчелинцевой Нине Васильевне, доктору химических наук, профессору Панкратову А.Н. за сотрудничество при проведении квантово-химических расчетов, доктору химических наук, ведущему научному сотруднику Лысенко К.А. (Институт элементорганических соединений им.А.Н.Несмеянова РАН) за сотрудничество при выполнении рентгеноструктурных исследований, доктору биологических наук, профессору Щербакову А.А., асп.Апиевой О.Ж. (кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии СГАУ) за выполнение исследований антимикробной активности.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Бициклононеноновый фрагмент является структурной основой большого числа природных соединений garsubellin A, huperzine A, plukenetione A, lucopodine, hyperforin, papuaforin, обладающих биологической активностью.

Garsubellin A Hyperforin Papuaforin A

Не смотря на интенсивное развитие прикладных исследований, пути образования и строение бициклононенонов изучены в значительно меньшей степени. Это относится как к разработке доступных методов их синтеза, так и к вопросам стереостроения, превращений с нуклеофильными и электрофильными реагентами. Из замещенных бициклононенонов в литературе описаны только несколько представителей. И хотя первая публикация по синтезу появилась в 1912 году, известные сведения по синтезу, стереохимии и превращениям бицикло[3.3.1]ноненонов не систематизировались.

Представлялось важным восполнить, имеющиеся пробелы в синтезе 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-онов, установить направленность галогенирования, его стереохимические особенности в зависимости от характера реагента, структуры субстратов и изучении их превращений с нуклеофильными реагентами.

Ключевыми субстратами явились бициклононеноны, отличающиеся природой заместителей. Это должно было привести, с одной стороны, к установлению особенностей и закономерностей их химического поведения в нуклеофильных и электрофильных реакциях, с другой стороны, определить препаративные возможности и область применения бициклононенонов и продуктов их превращений.

1. 2,4-ДИАРИЛБИЦИКЛО[3.3.1]НОН-2-ЕН-9-ОНЫ И -3-ЕН-2-ОЛ-9-ОНЫ

1.1. 2,4-Диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-оны как продукты превращений полуциклических 1,5-дикетонов в кислых средах

Полуциклические 1,5-дикетоны способны вступать в кислотных и основных средах в реакции циклизации, давая при этом различные карбо- и гетероциклические соединения.

Нами впервые при нагревании 2-(3-оксо-1,3-диарилпропил)-1-цикло-гексанонов 1а,б,д с хлорной кислотой в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида выделены, два одновременно возникающих продукта, перхлорат 2,4-диарилтетрагидрохроменилия (2а,б,д) и 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-он (3а,б,д) в различных соотношениях (табл.1).

1,2,3,4 Ar1=Ar2=C6H5 (а); Ar1=C6H5, Ar2=4-CH3OC6H4 (б); Ar1=C6H5,

Ar2=4-ClC6H4 (в); Ar1=4-ClC6H4, Ar2=C6H5 (г); Ar1=4-CH3OC6H4, Ar2=C6H5 (д)

Установлено, что на направление превращений дикетонов 1а-д в приведенных условиях (HClO4, AcOH, Ac2O; HClO4, AcOH; HClO4, C6H5CH3; BF3*Et2O, C6H5CH3) и выход продуктов карбо-3а-д, либо гетероциклизации 2а,б,д, 4а-г существенное влияние оказывает характер заместителя в бензольном кольце при С-1 пропанонильного фрагмента. Наличие электронодонорного заместителя в фенильном кольце повышает выход продуктов гетероциклизации 2,4, напротив хлорфенильный заместитель повышает выход продукта карбоциклизации – мостикового кетона 3.

При проведении реакции в ледяной уксусной кислоте с хлорной кислотой основными продуктами являются бициклононеноны 3а-д, а соли выделены лишь в следовых количествах.

Единственным продуктом превращения полуциклического 1,5-ди-кетона при использовании эфирата трехфтористого бора в уксусной кислоте является тетрафторборат . Нами впервые при использовании апротонного толуола были выделены наряду с тетрафторборатами тетрагидрохроменилия 4а-г, также 2,4-диарилбицикло[3.3.1]нон-2-ен-9-оны 3а-г. Следует подчеркнуть, что независимо от характера кислотного реагента повышение температуры ведет к увеличению выходов солей 2, 4, а снижение – к бициклононенонам 3.

Таблица 1

Выходы продуктов гетеро- и карбоциклизации дикетонов 1а-д в кислых средах

Исходное соединение

Реагент

Растворитель

Температура реак-ции, С

Продукты реакции

Соль 2,4-ди-арилтетрагид-рохромилия

Выход, %

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»