Электроокислительная функционализация 1,4-диметоксибензола азолами. Общие закономерности процесса и развитие методов электросинтеза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, кандидат химических наук Вахотина, Татьяна Сергеевна

• Вахотина, Татьяна Сергеевна
• кандидат химических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат химических наук Вахотина, Татьяна Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. N-АРИЛАЗОЛЫ - ПРИМЕНЕНИЕ И МЕТОДЫ СИНТЕЗА

Литературный обзор)

1.1. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ N-АРИЛАЗОЛОВ

1.2. ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ N-АРИЛАЗОЛОВ

1.3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ N-АРИЛАЗОЛОВ

1.4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ АЗОЛИРОВАНИЕ И РОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ЭЛЕКТРОФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ APEIIOB

Глава 2. N-ДИМЕТОКСИФЕНИЛИРОВАНИЕ АЗОЛОВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭТОГО ПРОЦЕССА В АПРОТОННЫХ И ПРОТОННЫХ СРЕДАХ (Обсуждение результатов)

2.1. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О КЛЮЧЕВЫХ СТАДИЯХ N-ДИМЕТОКСИФЕНИЛИРОВАНИЯ АЗОЛОВ В MeCN

2.2. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ N-ДИМЕТОКСИФЕНИЛИРОВАНИЕ АЗОЛОВ В МеОН '

2.3. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ N-ДИМЕТОКСИФЕНИЛИРОВАНИЯ АЗОЛОВ В АПРОТОННЫХ И ПРОТОННЫХ СРЕДАХ И ИХ СРАВНЕНИЕ С МЕХАНИЗМОМ РЕАКЦИЙ АНОДНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ АРЕНОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДРУГИХ НУКЛЕОФИЛОВ

Глава 3. "PAIRED" ЭЛЕКТРОСИНТЕЗ N-ДИМЕТОКСИФЕНИЛАЗОЛОВ

И РАЗВИТИЕ МЕТОДА ИХ НЕПРЯМОГО ЭЛЕКТРОСИНТЕЗА

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электроокислительная функционализация 1,4-диметоксибензола азолами. Общие закономерности процесса и развитие методов электросинтеза»

Реакции анодного замещения в ароматическом ряду являются одним изперспективных направлений развития органического электросинтеза. Однако этот подходбыл использован, в основном, для функционализации арепов простейшими нуклеофилами,типа метоксилат, цианат или галогенид ионов. И лишь в конце 80-х годов в лаборатории«Органического электросинтеза» ИОХ при бездиафрагмепном электролизе смеси азол/аренбыли успешно реализованы нервые попытки одностадийного электросинтеза N-арилазолов.Эти соединения зарекомендовали себя как перспективный класс биологически активныхвеществ, обладающих широким спектром практического использования. Поэтому песлучайно, что в 2000г исследования в области электросинтеза N-арилазолов были вновьвозобновлены в нашей лаборатории.Заметим, что нри реализации нроцессов анодного замещения в качестве ареновнаиболее часто используют эфиры феполов. Эти соедипения легко окисляются и поэтомувесьма удобны для анодной генерации электрофильных частиц и их последующеговзаимодействия с присутствующими в растворе пуклеофилами. По этой причине в качествемодельного арена при электросинтезе N-арилазолов нами был выбран 1,4-диметоксибензол,который удобен еще и тем, что его анодная функционализация не сопровождаетсяобразованием изомерных продуктов.В ходе реализации пачатых в 2000г исследований по электросинтезу Nдиметоксифенилазолов, было впервые установлено, что этот процесс приводит к нолучепиюне только продуктов ор/?го-замеп;ения (а), но и гидролитически лабильных продуктов ипсобиснрисоединения (Ь). Эти результаты указывали на необходимость ревизии ранеепредложенного механизма процесса.в силу этих причин, осиовиой задачей настоящей работы стало развитие новыхпредставлений о механизме электрохимического N-арилирования азолов в условияхгальваностатического бездиафрагменного электролиза смеси азол / 1,4-диметоксибензол сэкспериментальным обоснованием ключевых стадии этого процесса, а также поиск иразработка новых подходов к получению N-арилазолов.5

Заключение диссертации по теме «Органическая химия», Вахотина, Татьяна Сергеевна

выводы

1. Систематически исследовано влияние ряда параметров (кислотно-основные свойства исходных азолов, среды, природа растворителя) на взаимодействие азолов различного строения с 1,4-диметоксибензолом (ДМБ) в условиях бездиафрагменного, гальваностатического электролиза, приводящего к образованию продуктов оршо-замещения [1-(азолил-1)-2,5-диметоксибензолы] (1) и малоустойчивых продуктов ипсо-бисприсоединения [1,4-метокси-1,4-азолилциклогекса-2,5-диены] (2). Найдены условия для повышения селективности процесса, приводящие к преимущественному образованию (1).

2. Обсужден и скорректирован механизм М-диметоксифенилирования азолов, экспериментально обоснованы его тонкие закономерности. Впервые показано, что: а) в ходе исследуемого процесса реализуются две ключевые и конкурирующие друг с другом стадии, это: приводящее к продукту (1), необратимое орто-взаимодействие промежуточного катиона 1,4-диметокси-1-(азолил-1)аренония с азольным нуклеофилом (инициирует, протекающую по механизму /шне-замещения, перегруппировку этого катиона); и, приводящее к продукту (2), обратимое шгсо-взаимодействие аренониевого катиона с азольным нуклеофилом. б) для реализации процесса принципиально важна роль кислых компонентов реакционной смеси, которые катализируют удаление соответствующих функций: из ипсо-позиции аренониевого катиона, обеспечивая реализацию его перегруппировки, а также из ш/со-позиции молекулы продукта (2), обеспечивая обратимый характер его превращения в аренониевый катион. в) первичное взаимодействие азолыюго нуклеофила с катион-радикалом ДМБ реализуется через шгсо-атаку, атака же нуклеофила в орто-положение арена мало вероятна. г) установленные закономерности электросинтеза М-диметоксифенилазолов [см. а), б), в)], обеспечивают чисто химическое превращение продукта (2) в (1), наблюдаемое в ходе электролиза, а также определяют выход и соотношение этих продуктов в конечной реакционной смеси.

3. Развиты новые представления о закономерностях анодного ацетоксилирования ДМБ и при сравнении этих и специально полученных нами аналогичных сведений по цианированию, нитрованию ДМБ, а также М-диметоксифенилированию азолов, впервые установлена общность механизмов рассмотренных реакций анодного замещения.

4. Экспериментально обоснована важная роль катодной реакции, которая обеспечивает депротонирование ониевых интермедиатов (КМНг+), генерируемых в ходе анодных превращений реагентов. В результате чего происходит регенерация частиц, выполняющих в ходе электролиза функции нуклеофилов.

5. Отмеченная (см. пункт 2г) возможность чисто химического превращения продукта (2) в (1), была положена в основу разработки метода непрямого электросинтеза веществ типа (1). Суть этого вновь предложенного метода состоит в электроокислении ДМП в среде МеОН с генерацией 1,1,4,4-тетраметоксициклогекса-2,5-диена на первой стадии и последующее чисто химическое взаимодействие полученного хинондикеталя с азолами - на второй стадии. Установлено, что эффективность получения продукта (1) непрямым методом существенно превышает эффективность прямого метода.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Вахотина, Татьяна Сергеевна, 2006 год

1. Newberry R.A., Brit. Pat. 1 373 212, Chem. Abstr., 1975, 82,72987t.

2. Sircar I., Morrison G. C., Burke S. E, Skeean R., Weishaar R. E., J. Med. Chem., 1987, 30, 1724.

3. Bristol J. A, Sircar I., Moos W. H., Evans D. B„ Weishaar R. E., J. Med. Chem., 1984, 6, 35.

4. Sircar I., Duell B. L., Bobowski G., Bristol J. A, Weishaar R. E., Evans D. B., J. Med. Chem., 1985, 28, 1405.

5. Earl C. Q„ Linden J., Weglicki W. B. J., Cardiovasc. Pharmacol, 1986, 8, 864.

6. Weishaar R. E., Burrows, S. D., Kobylarz D. C., Quade M. M., Evans D. B., Biochem. Pharmacol., 1986,35,787.

7. Kathawala F. G., Trends in Medicinal Chemistry 88, Elsevier: New York, 1989, 709.

8. Wilkinson C. F., Hetnarski K„ Hicks L. J. Pest, Biochem. Physiol., 1974, 4, 299.

9. Bruno R., Montay G., In Taylor J. B., Ed. Comprehensive Medicinal Chemistry, Pergamon Press: New York, 1991,5,71.

10. Hodges J., Hamby J., Blankley J., Drugs Future, 1992,17, 575.

11. Stabler S. R., Jahangir, Synth. Commun., 1994, 24, 123.

12. Shaitel S., Fridkin M., Biochemistry, 1970, 9, 5122.

13. Craig P. N., In Drayton C. J., Ed. Comprehensive Medicinal Chemistry, Pergamon Press: New York, 1991,8,730.

14. Wiley, Encyclopedia of Chemical Technology, 2nd Edn, New York, 1963, 2, 332.

15. Bunnett J. F., Zahler R. E., Chem. Rev., 1951, 49, 273.

16. Lindley J., Tetrahedron, 1984, 40, 1433.

17. Mann C„ Hartwig J. F„ J. Am. Chem. Soc., 1998,120, 827.

18. Kuehne M. E., Kitagawa T„ J. Org. Chem., 1964, 29, 1270.

19. Seki K. I., Ohkura K., Matsuda K„ Terashima M„ Yanaoka Y., Chem. Pharm. Bull., 1988, 29, 4693.

20. Molina A., Vaquero J. J., Garcia Navio J. L., Alvarez-Builla J., Tetrahedron Lett., 1993, 34, 2673.

21. Kalinia V. N. Synthesis, 1992,413.

22. Finet J.-P., Chem. Rev., 1989, 89, 1457.

23. Pinhey T. J.,Aust. J. Chem., 1991, 44, 1353.

24. Klingsberg E., Synthesis, 1972, 475.

25. Hall J. H„ Dolan F. W„ J. Org. Chem., 1978,43,4608.

26. Петросян B.A., Ниязымбетов M. E., Певзнер M. С., Уграк Б. И., Изв. АН. СССР. Сер. хим.,1988, 1643.

27. Shono Т., Kashimura S., Nogusa Н., Chem. Lett., 1986,425.

28. Ниязымбетов М. Е., Михальченко JI. В., Петросян В. А., Всесоюз. конференция

29. Ароматическое нуклеофильноезамещение". Тез. докл. Новосибирск, 1989, 91.

30. Ни К., Niyazymbetov М. Е„ Evans D. Н., Tetrahedron Lett., 1995,36, 7027.

31. Чаузов В. А., Парчинский В. 3., Синелыцикова Е. В., Петросян В. А., Изв. АН. Сер. хим., 2001, 1215.

32. Чаузов В. А., Парчинский В. 3., Синелыцикова Е. В., Парфенов Н. Н., Петросян В. А., Изв. АН. Сер. хим., 2002, 917.

33. Чаузов В. А., Парчинский В. 3., Синелыцикова Е. В., Бурасов А. В., Уграк Б. И., Парфенов Н. Н., Петросян В. А., Изв. АН. Сер. хим., 2002, 1402.

34. Catalan J., Abbaud J. L. M., Elguero J., Adv. Heterocyclic Chem., 1987, 41, 250.

35. Реутов О. А., Курц A. JT., Бутии К. П., Органическая химия, ч. 2. МГУ, Москва, 1999, 624 .

36. Коуата К., Susuki Т., Tsutsumi S., Tetrahedron Lett., 1965, 627.

37. Parker V. D., Burgert В. E„ ibid., 1965,4065.

38. Koyama K., Susuki T., Tsutsumi S„ Tetrahedron, 1967, 23, 2675.

39. Susuki T., Koyama K., Omori A., Tsutsumi S., Bull. Chem. Soc. Japan, 1968, 41, 2663.

40. Tsutsumi S., Koyama K., Discuss. Faraday Soc., 1968,45, 247.

41. Yoshida К., Fueno T., Chem. Commun., 1970, 711.

42. Eberson L., Nilsson S., Discuss. Faraday Soc., 1968, 45, 242.

43. Andreades S., Zahnow E. W., J. Amer. Chem. Soc., 1969, 91, 4181.

44. Yoshida K., Shigi M., Kanbe T., Fueno T., J. Org. Chem., 1975,40, 3805.

45. Weinberg N. L„ Marr D. H., Wu C. N. J. Amer. Chem. Soc., 1975,97, 1499.

46. Yoshida K., Shigi M., Fueno T., J. Org. Chem., 1975, 40, 63.

47. Voigt E. M., Reid C„ J. Amer. Chem. Soc., 1964, 86, 3930.

48. Weinberg N. L„ Belleau В., Tetrahedron, 1973, 29, 279.

49. Margaretha P., Tissot P., Helvetica Chimica Acta, 1975, 58, 933-936.

50. Margaretha P., Tissot P., Org. Synth., 1977, 57, 92.

51. Nilsson A., Palmquist U., Pettersson T., Ronlan A., J. Chem. Soc., Perkin Trans, 1978,1, 708.

52. Konz E., Pistorius R., Synthesis, 1979, 603.

53. Koyama К., Yoshida К., Tsutsumi S., Bull. Chem. Soc. Japan, 1966, 39, 516.

54. Parker V. D„ Acta Chem. Scand., 1970, 24, 3151.

55. Laurent A., Laurent E., Locher P., Electrochimica Acta, 1975, 20, 857.

56. Hahn R.C., Strack D. L., J. Amer. Chem. Soc., 1974, 96, 4335.

57. Blackstock D. J., Cretney J. R., Fischer A., Hartshorn M. P., Richards K. E., Vaughan J., Wright G. J., Tetrahedron Lett., 1970, 2793.

58. Myhre P.C., J. Amer. Chem. Soc., 1972, 94, 7921.

59. Петросян В. A., Чаузов В. A., Бурасов A. В., Вахотина Т. С.,. XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тезисы докладов. Казань. 2003, 170.

60. Бурасов А. В., Вахотина Т. С., Петросян В. А., / Молодежная конференция ИОХ РАН. Тезисы докладов. Москва. 2005, 12.

61. Петросян В. А., Бурасов А. В., Вахотина Т. С., Изв. АН. Сер. хим., 2005, 5, 1166.

62. Henton D. R., McCreery R. L„ Swenton J. S„ J. Org. Chem., 1980, 45, 369.

63. Groebel B.-T., Konz E., Millaner H„ Pistorius R., Synthesis, 1979, 605.

64. Петросян В. А., Вахотина Т. С., Бурасов А. В., Изв. АН. Сер. хим., 2005, 7, 1534.

65. Петросян В. А., Электрохимия, 2003,32, 1353.67. Ёсида К., «Электроокисление в органической химии», М.: Мир, 1987, 336. К. Yoshida, "Electrooxidation in Organic Chemistry". John Wiley & Sons, New York, 1984.

66. Phelps J.,. Santhanam K. S. V, Bard A. J., J. Amer. Chem. Soc., 1967, 89, 1752.

67. Galley M. W., Hahn R. C., J. Amer. Chem. Soc., 1974, 96,4337.

68. Вахотина Т. С., Бурасов А. В., Петросян В. А., / Молодеэ/сная конференция ИОХ РАН. Тезисы докладов. Москва. 2005, 20.

69. Бурасов А. В., Вахотина Т. С., Петросян В. А., Электрохимия. 2005, 8, 1024.

70. Байзер М., Электрохимия органических соединений, 1976, 1-731.

71. Петросян В.А., Изв. АН, Сер. Хим., 1995, 1411.

72. Dolson М. G., Swenton J. S., J. Am. Chem. Soc., 1981, 9, 2361-2371.

73. Carreno M., C., Ruano J. L.G., Mata J. M., Urbano A., Tetrahedron, 1991, 47, 605-614.

74. Carreno M., C., Ruano J. L.G., Mata J. M., Urbano A., Tetrahedron Lett., 1989, 30, 4003-4006.

75. Riddick J. A., Bunger W. В., Organic Solvents, of «Techniques of Cemistry», 1971, 2.

76. Forcier G. A., Olver J. W„ ibid., 1965, 37, 1447.

77. Гордон А., Форд P., Спутник химика, 1976, 1-541.

78. Petit G., Bcssier J., J. Electroanal. Chem., 1971,31, 393.

79. Petit G„ Bessier J., J. Electroanal. Chem., 1972, 34, 489.

80. Tanaka, J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, 2428.

81. Huettel R., Chem. Ber., 1955, 88, 1577.

82. Birkofer F., Chem. Ber., 1971,104, 3062.

83. Birkhofer F., Chem. Ber., 1972,105,1759.

84. Austin, J. Chem. Soc., 1965, 1051.

85. Janssen et al., J. Org. Chem., 1973,38, 1777.

86. Huttel R., Buchele F., Jochum P., Chem. Ber., 1955, 88, 1377.

87. Kita Y., Tohma H., Hatanaka К., Takada T., Fujita S., Mitoh S., Sakumi H., Oka S., J. Amer. Chem. Soc., 1994,116, 3684.

88. Hargreaves et al., J. Appl. Chem., 1958, 8, 273.

89. Ballio A., Ann.Chim.(Rome), 1951, 41,421.

90. Percec J. Y., Hill D. H., J. Org. Chem., 1995, 60, 6895.

91. Pomeroy C., J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, 6340.

92. Hauser V., J. Am. Chem. Soc., 1941, 63, 1224.

93. НеницескуК., Общая химия, 1968, 1-815.

94. Pocker, J. Amer. Chem. Soc., 1965, 87, 4760.

95. Райхард X., Растворители в органическом химии, 1973.

96. Zabrowsky D. L., Moormann A. E., Beck К. R„ Tetrahedron Lett., 1988, 29,4501-4504.

97. Butts С. P., Eberson L., Hartshorn M. P., Persson O., Acta Chem. Scand., 1997,51, 718-732.

98. Barton et al., J. Chem. Soc., 1971, 1206.

99. Rajamohan R., Indian J. Chem., 1973,11, 1076.

100. Belleau В., Weinberg N. L., J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 2525.

101. Swenton J. S., Bradin D., Gates B. D., J. Org. Chem., 1991, 56, 6156-6163.

102. Gautier E. C. L., Lewis N. J., McKillop A., Taylor R. J. K„ Synth. Commun., 1994, 24, 29893008.

103. Carreno M. C., Gonzalez M. P., Houk K. N., J. Org. Chem., 1997, 62, 9128-9137.