CC BY
38
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 16, 2010. -\-
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 547.789.9
Г.М.Абакаров, З.М. Алимирзоева, Е.В. Плохих, Д.А. Абдуллаева
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РЕАКЦИЙ ГЕВАЛЬДА НА ТЕЛЛУРСОДЕРЖАЩИЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ В ЦИКЛ ГРУППИРОВКУ - СН2 - СО -
В данной статье рассмотрена возможность использования реакций Гевальда для синтеза азот-теллурсодержащих гетероциклических соединений, конденсированных с тиофеновым ядром.
Ключевые слова: 1,4-бензотеллуразинон, циануксусный эфир, малонодинитрил, 4-теллурциклогексанон.
Создание новых методов синтеза полифункциональных гетероциклов, обладающих полезными свойствами - важнейшая задача синтетической органической химии. При этом обязательным условием предлагаемого метода должна быть доступность исходных реагентов, а так же возможность проведения однореакторного синтеза (one-pot).
Отметим, что при этом могут быть использованы ступенчатые и каскадные реакции.
Ступенчатые реакции протекают без выделения первоначально образующегося вещества с последующим постадийным добавлением реагентов с одновременным изменением температуры проведения процесса.
Каскадные реакции - химический процесс, в котором содержание последующих реакций заключается в трансформации функциональных групп, образующихся на предыдущих стадиях.
Особый интерес в этом отношении представляют многокомпонентные каскадные процессы. Очевидно, именно эти процессы составляют основу целенаправленного органического синтеза [1, 2].
Анализ именных реакций, используемых для получения гетероциклических соединений, свидетельствует о том, что большинство этих реакций протекает по схеме каскадной гетероциклизации.
К упомянутому типу относится и реакция Гевальда, которая нашла широкое применение для получения лекарств, пестицидов, красителей и представляет собой очень простой, но удивительно эффективный путь от соединений, содержащих в своем составе фрагмент - СН2 - CO -, к производным тиофена (1) и тетрагидробензоселенофена (2) [3].
(2)
_„.СООС2Н5
т 25
Эе МН2
Механизм превращения очевиден: обработка продукта реакции Кнёвенагеля между соответствующим кетоном и метиленактивным компонентом (малонодинитрил, нитрил нитроуксусной кислоты, циануксусный эфир и ряд других) достаточно сильным
основанием (обычно диэтил- или триэтиламин) в присутствии элементарной серы в метаноле дает бета-карбанион, который быстро присоединяет серу.Полученный тиолят-анион немедленно атакует бета-расположенную цианогруппу с замыканием тиофенового цикла в виде соответствующей иминиевой соли. Ряд протонных сдвигов и отщепление катализатора в виде исходного основания приводят с высокими (часто количественными) выходами к конечному 3-Х-замещенному 2-аминотиофену:
ы=С-Х-
С=N
а3м
С=N
Х С=N \ /
О
Х
Х
К
Б
2
Б
К
-НО
Н
Н
К
К
К
2
2
2
К
К
К
2
Х
Х
Х
Б^Н
-БШИ
Н
К
К
К
К
К
К
В реакцию Гевальда в качестве карбонильного компонента вводились диалкилкетоны, ацетофеноны, циклические кетоны (циклопентанон, циклогексанон, тетралон) и, главное, гетероциклические кетоны (4-пиперидон, хинуклидон, 4-тиациклогексанон, дитиациклогептанон и др.) Уже начальные продукты реакции Гевальда являются объектом ряда работ, касающихся фармакологически активных препаратов (ряд японских, немецких, российских заявок и патентов). В качестве метиленактивного компонента в уже обширной библиографии по этой теме в основном фигурирует циануксусный эфир.
В качестве примера можно привести взаимодействие а-меркаптокарбонильных соединений 1 с нитрилами, содержащими активную метиленовую группу, в присутствии оснований при комнатной температуре, приводящее с хорошими выходами к 2-аминотиофенам 2 (схема 1) [4 - 5]. На первой стадии реакции, вероятно, происходит конденсация нитрила с участием карбонильной группы соединения 1 (по типу реакции Кнёвенагеля) с образованием подходящей для циклизации структуры 1,4-меркаптонитрила (схема 1, путь а). Возможно также, что первой стадией процесса является присоединение карбонильной группы соединения 1 к нитрильной группе амида (схема 1, путь б). Не исключен и электроциклический механизм реакции (схема 1, путь в).
Синтез замещенных 2-аминотиофенов 2 упрощается при использовании в реакциях с цианоацетамидом 3а или циантиоацетамидом 3Ь и другими СН-кислотами вместо а-меркаптокарбонильных соединений 1 их димеров — 2,5-дигидрокси-1,4-дитиинов [6].
Еще более эффективным усовершенствованием реакции Гевальда оказалось использование вместо а-меркаптокарбонильных соединений 1 смеси карбонильного соединения 4 (альдегид, кетон, Р-дикарбонильное соединение) и серы в присутствии основания в спирте или ДМФА; при этом выходы 2-аминотиофенов 2 увеличиваются (схема 2) [7-12].
Х = С^ N0,, СООЕ^ тиазолил, ССМИ,, СОАг, БОК
р1 ^ЭН
1
р^
Р Э
Н :Ыи
Н
I
СHZ
СЫ 3
СН2г
:Ыи
ЭН
б ^О Н>Ми
г
р' ^Э ^ЫН
Н
I
СНZ
р; л
У!
Р ^д^^ЫН Р \дХ"МН2
Р^0
р Э
1 3
Р1, Р2=Н, А1 к, Аг; г=СЫ, СО2Р3, СОЫН2, СОАг, 4-МО2С6Н4ЭО2Р4; Р3, Р4=Н, А1 к, Аг
Схема 1
р.
?1СН2СОР2 + ЫСС! 4 3
В - основание
г
Р"\д/^1ЧН2
2
Схема 2
Известно, что к настоящему времени описан и изучен ряд теллурсодержащих гетероциклов, включающих в цикл необходимый для реакции Гевальда фрагмент - СН2 -
СО -, например, соединения 5 - 9:
~ ~ ~
Те
Те
Те
Те
Н
К /О
Те
5
6
7
8
9
Реакция Гевальда, приложенная, для конкретности, к кетону 5, приведет (по аналогии с 4-тиациклогексаноном) к тиофену 10 (3):
Г\
,СООЕ1
Те
СООЕ1
+ Н2С^ + Э
СЫ
(МеОН)
\
Те
ЫН,
(3)
10
Хорошо известно, что амины типа 10, будучи проацилированы по 2-аминогруппе, допускают контролируемый щелочной гидролиз исключительно по сложноэфирной группе с образованием ацилированных 2-карбокси-1-аминотиофенов 11 (4):
2
Р
а
Р
Ы
3
В
2
8
5
Те
оооб1
NH2
Те
СООЕ1 NHCOR
ОООН
\
Те
NHОOR
(4)
10
11
Ацилированные тиофенантрааниловые кислоты 11 при обработке тионилхлоридом или POCl3 в хлороформе легко дают соответствующие оксазиноны 12 - очень реакционноспособные циклические ангидриды (5):
ОООН
БОС!,, РОС!,
Те
NHОOR
Т
11
12
(5)
К=А!к, Аг, Ь^агу!
Системы 12 легко раскрываются под действием как азот-, так и халькоген-содержащих нуклеофилов (6,7):
\ о.
-О
Те
^Н,
Г\/>
12
Те
// \\
13
^ р1 NH К
NH00R
(6)
Те
О
Б
12
1. КТе"
2. И+
Те
О
// \\ Б
^ 1 ТеК
NH00R
14
(7)
Системы типа 13 вновь легко циклизуются под действием тионилхлорида (при R=Ar) или POCl3 (при R=Alk), давая гетероциклы типа 15 (8):
О
^ р1 NH—К
Б00!2 РОС!2
Те
// \\ ЧБ'
13
NH00R
-ИС1
Те
\ /К1
-К
Г \ /У К (8)
15
Циклизация же соединений типа 14 в указанных условиях может привести к циклическим теллурониевым солям типа 16, которые при повышенных температурах должны терять (при R=Alk) R1Cl, приводя к гетероциклам 17, содержащим два атома теллура (9):
ОН
КООО!
О
БО„. -ИС1
К
Те
О
У- т ^
Те
О
ГЛ/>
О!
-R1C1
Те
16
17
Не исключено, что если производные 17, будучи Te-аналогами оксазинонов 12, окажутся чувствительными к нуклеофильной атаке аминами, то это даст путь к стабилизированным теллуроамидам 18 (10):
О
тОлА —-Те
HNRIR2
О К1 /
^—К
2
К
(10)
Н
17
18
Если же метиленактивной компонентой будет малонодинитрил, то, аналогично получению соединений типа 10, можно синтезировать гетероциклы типа 19: такого типа соединения можно использовать в синтезе новых гетероциклов теллура минимум по трем направлениям (10):
N^0 NH2
+ н,С:
Те
5
,0=N
0=N
+ Б
(MeOИ)
(11)
Те
19
а) взаимодействие 19 с ортоэтилформиатом (12), количественно переводящее их в этоксиметиленпроизводные 20, которые под действием алкиламинов или гидразина циклизуются в иминопроизводные 21. Последние в воде перегруппировываются в циклы 22 (13):
X=N ^0=N
Те ^ .
(12)
(13)
21
Б
22 (К=А! к, N1^)
б) взаимодействие 19 с гуанидином и амидинами сразу переводит их в аминопиримидины 23 (14):
К
К
О
С=Ы Р-
ЫН
Те
Те
(14)
19
Э
23 (Р=А1к, Аг, ЫН,)
в) конденсация 19 с соединениями, опять-таки содержащими фрагмент - С^ - CO -, приводит к 4-аминопиридинам 24 (15):
Те
С=Ы
ЫН2 +
19
Здесь интересны варианты типа:
Те
С=Ы
ЫН2 +
Те
ЫН
Те
2 „2
(15)
24
Э Ы Р
Те
Те
(16)
Э Ы
19
25
Наконец, применение в реакции Гевальда в качестве метиленактивной компоненты теллуридов позволит выйти на теллуразолы, 4,5- конденсированные с тиофеновым ядром; один из вариантов 27 (17):
РТе^ ,С:
Р-Те
Ы=С 26
ТеР
Э ЫНо
ТеР
Э ЫНСОР
(-ЯС1)
Те
(17)
2
Р
О
р
2
Р
О
5
Ы
Э
-НО
Р
Ы
Этот же вариант, проведенный с теллурсодержащими циклическими кетонами, может привести к циклам с двумя атомами теллура, например 30 (18):
Среди огромного числа гетероциклов особое значение имеют азины и конденсированные с ними системы. Это обусловлено многими причинами как практического, так и теоретического характера. Известно, что тиазиновый цикл входит в состав многих биологически активных веществ природного происхождения (антибиотики, цефалоспорины), поэтому получение азот-теллурсодержащих гетероциклических соединений, содержащих тиофеновый фрагмент 31-39, представляется весьма интересным (19-21):
Te H
I
N
у
\
COOEt
+ S
CN
MeOH
tAS
31
COOEt
NH
(19)
Te S 31
.COOEt
+ RCOCl
NH,
H
I
N
те "s
32
COOEt
NHCOR
NaOH
H
H
N
те "s
33
O
COOH SOCI2 POCI,
NHCOR CHCl3
Te S -N
оксазинон 34
R1Te"
H
i
N
Te ^s 35
O
II
C-Te-R1 NHCOR
POCl
H
H
N
Te "s
36
(20)
O
Te — R1
Ar
H
I
Te
CN
J + H2C\
CN
+ S H
I
C
MeOH
H
I
N
Te ^s 37
CN HN
4
C—NH,"
NH
^Te S' "N
аминопиримидиновый цикл
38
N
NH
'2 H2N
(21)
СН3 С °6Н5
O
ацетофенон
NH
Te S' "N'
пиридиновые циклы
39
C6H5
CH
Библиографический список
1. Ugi I., Domling A., Werner B. J.Heterocycl. Chem., 2000, v.37, p.647.
2.Литвинов В.П. Успехи химии, 2003, т.72, №1, с. 75.
3. Хрипак С М., Добош А.А., Смаланка И.В., Микитчин А.С., ХГС 1973 (3), с.326.
4. Гевальд К., ХГС 1976 (10) с.1299.
5. Gewald K., Schinke E, Böttcher H. Ibid., 1966, v. 99, № 1, p. 94.
6. Бабичев Ф.С., Шаранин Ю.А., Литвинов В.П. и др. Внутримолекулярное взаимодействие нитрильной и СН-, ОН- и SH-групп. Киев: Наукова Думка, 1985, 200 с.
7. Mayer R, Gewald K. Angew. Chem., 1967, v. 79, № 7, p. 298.
8. Robba M, Lecomte J.M., de Sevricourt M.C. Bull. Soc. Chim. Fr., 1974, № 12, p. 2864.
9. Litvinov V.P., Sharanin Yu.A., Babichev F.S. Sulfur Reports, 1986, v. 6, № 2, p. 97.
10. Arya V.P. Indian J. Chem., 1972, v. 10, № 8, p. 812.
11. Патент США № 3963750, Chem. Abstr., 1977, v. 86, 5303.
12. Manhas M.S., Sugiura M., Chawla H.P.S. J. Heterocycl. Chem., 1978, v.15, №6, p. 949.
O
9
-ELN
O
R
O
+
9
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 16, 2010.
-\-
G.M. Abakarov, Z.M. Alimirzoeva, E.V.Plokhih, D.A. Abdullaeva
Distribution of reactions to Gevalda tellurium heterocycles, including a loop GROUP - CH2 - CO -.
This article discusses the possibility of using Gevalda's reactions for the synthesis of nitrogen-
tellurium heterocyclic compounds, condensed with thiophenic nucleus.
Keywords: 1,4-benzotellurazinone, cyanacetic ether, malonodinitrile, 4-tellurcyclohexanone.
Абакаров Гасан Магомедович (р. 1951) доцент кафедры химии технологического факультета Дагестанского государственного технического университета. Доктор химических наук (2009). Окончил Дагестанский государственный университет (1977). Область научных исследований: Химия гетероциклических соединений. Автор более 80 научных трудов.
Плохих Екатерина Владимировна (р.1987) аспирант кафедры химии технологического факультета Дагестанского государственного технического университета. Окончила Дагестанский государственный университет (2009).
Область научных исследований: Химия гетероциклических соединений.
Абдуллаева Джамилят Абуталибовна (р.1987) аспирант кафедры химии технологического факультета Дагестанского государственного технического университета. Окончила Дагестанский государственный университет (2009). Область научных исследований: Химия гетероциклических соединений.
Алимирзоева Зарема Магомедовна (р. 1964) ассистент кафедры общей с курсом биорганической химии Дагестанской государственной медицинской академии. Окончила Саратовский государственный университет (1986).
Область научных исследований: Химия гетероциклических соединений. Автор более 40 научных трудов.
