Дипломная работа: Синтез замещенных пирролов
Дипломная работа: Синтез замещенных пирролов
Федеральное агентство по образованию
Московская государственная академия
тонкой химической технологии
им. М.В. Ломоносова
Факультет: Биотехнологии и органического синтеза
Специальность: 250700 «Технология кинофотоматериалов и магнитных
носителей»
Кафедра: Химии и технологии биологически активных
соединений им. Н. А. Преображенского
Квалификационная работа специалиста
Тема.
Москва 2006 г.
Пятичленные гетероциклические
структуры, такие как пиррол, а также сопряженные молекулы, содержащие
пиррольные фрагменты потенциально важны в качестве оптических электроактивных
материалов. Два класса таких материалов активно изучаются: фотолюминесцентные
гетероциклические соединения, как призводные бензохинолина, бензоксазола,
оксодиазола и фталоцианина, которые проявляют высокую фотолюминесцентную
активность в растворах [1,2]; и фотопроводники и электролюминесцентные
соединения для электролюминесцентных устройств, большинство из которых являются
гетероциклическими соединениями [3]. Присутствие гетероатома в молекуле
обеспечивает инжектирование и транспорт электронов или дырок, что необходимо при
создании материалов с электроактивными слоями. Пиррольная структура является
примером таких молекул. Если молекула содержит два связанных кольца, то
наблюдается высокая степень планарности и в результате приводит к улучшению
оптических и электронных свойств.
Хорошо известны и изучены
дикетопирролпиррольные структуры (DPP), которые являются примером сопряженных молекул с двумя связанными
кольцами[4]. Они нашли применение в качестве красного пигмента в
промышленности, в частности составляющей красной автомобильной краски[5],
газового сенсора для определения водорода [6], флюоресцентных индикаторов для
определения концентрации внутриклеточного Ca2+ [7].
Сопряженные пирролы также
являются исходными соединениями в синтезе высоко сопряженных порфиринов.
Порфириновые ядра, содержащие дополнительные гетероароматические или
гетероциклические фрагменты поглощают в более длинноволновой области спектра,
чем незамещенные порфирины[8]. Возможны два подхода к синтезу конденсированных
пирролов и, в частности, пирролотиазолов – образование на основе пиррола
тиазольного гетероцикла и другой – построение пиррольного гетероцикла на основе
тиазола. Последний подход широко используется для получения расширенных
пирролов, интермедиата в синтезе порфиринов. В новой работе Лаша [9]
расширенные пирролы получали реакцией Бартона-Зарда. Японские химики
опубликовали работу, где описан синтез пирролобензотиазолов [10]. Попытка
синтезировать тиазолопирролы по Бартону-Зарду была неудачна [11].
Таким образом, конденсированные системы на основе
пиррола являются потенциально важными соединениями, однако, методы их синтеза
плохо разработаны и актуальной задачей является разработка новых подходов к их
синтезу.
Для синтеза пиррольных
интермедиатов существует большое количество методов широко представленных в
обзорах [12]. В данной работе мы рассмотрим некоторые классические и новые
методы синтеза замещенных пирролов, а также их реакции.
Классические
методы синтеза замещенных пирролов
Синтез Кнорра наиболее
общий и широко используемый метод получения пирролов, где происходит
образование связей C-N и C-C в результате
реакции аминогруппы и метиленовой группы с карбонильной [13]. Он заключается в
конденсации a-аминокетонов и
a-амино-b-кетоэфиров с кетонами или кетоэфирами в присутствии
уксусной кислоты и реже щелочи. Реакции обычно протекают с хорошим выходом. a-Аминокетоны получают восстановлением
цинком в уксусной кислоте из предварительно полученных изонитрозо-b-кетоэфиров или изонитрозо-b-дикетонов[14,15].
Не менее интересной и
важной является реакция взаимодействия 1,4-дикарбонильных соединений с аммиаком
по Паалю-Кнорру [16,17]. Это конденсация, при которой в готовый углеродный
скелет вводится атом азота при помощи аммиака или аминов. Механизм реакции,
очевидно, включает нуклеофильное присоединение аммиака к двум карбонильным
атомам углерода и последующее отщепление воды [18].
Отмечено также, что
реакция может протекать с ацетатом аммония с хорошим выходом (~70%), причем,
чем более электроноакцепторные заместители в 1,4-дикетоне, тем в более жестких
условиях протекает реакция [19].
К этой же группе
реакций можно отнести получение пирролов по Ганчу из a-галогенкетонов, b-кетоэфиров и аммиака [20].
Согласно предложенному
механизму, сначала происходит образование С-С связи и возникает g-дикетон, который далее реагирует с
амином. К реакциям этой группы относится также взаимодействие аммиака и аминов
с полиокси- и полигалоидными соединениями [21].
Новые методы
синтеза замещенных пирролов
Новой модификацией
метода Пааля-Кнорра является синтез замещенных пирролов (2) с использованием
нитрата висмута, как катализатора. Это реакция 2,5-дикетонов(1) и основных
ароматических аминов в присутствии 5% раствора нитрата висмута в дихлорметане.
Мягкие условия и высокие выходы (~80%) продуктов отличительная особенность данного синтеза.
Для доказательства важности нитрата висмута в роли
катализатора использовали и другие его соли. Однако положительных результатов
не было получено. С разными выходами реакция может протекать и при замене
2,5-дикетона на ди- или монозамещенные дикетоны [22].
В реакции Клауса-Касса
замещенные пирролы получают мягким гидролизом 2,5-диметокситетрагидрофурана
(3), в результате чего образуется 2,5-дигидрокситетрагирофуран, который в
ацетатном буферном растворе при комнатной температуре реагирует с первичными
аминами дает N-замещенные пирролы (4) с высокими
выходами и чистотой (~89-94%). При проведении реакции в жестких условиях, то
есть при высоких температурах и сильнокислотных условиях, происходит разрушение
структуры пиррола [23].
Другим возможным
вариантом получения замещенных пирролов (7) с использованием катализатора стала
реакция алкинов, содержащих легкоуходящие группы (EWG1) (5) c
изоцианидами, имеющими объемные заместители (EWG2) (6). Катализатором служат фосфорорганические
соединения. Протекают реакции с хорошим выходом (~60%) .
R=Me, Ph,
t-Bu, CO2Et.
EWG1=CO2Et,
CN.
EWG2= CO2Bu,
CONEt2, P(O)(OEt)2
Dppp-1,3-бис(дифенилфосфино)пропан.
Предложенный механизм
реакции предполагает нуклеофильное присоединение фосфорорганического
катализатора к замещенному алкину с образованием промежуточного продукта. От
изоцианида отрывается кислый протон с образованием карбаниона, который атакует
атом углерода интермедиата со стороны EWG1 группы и образуется новый анионный центр. Далее происходит [3+2]
циклоприсоединение и в итоге получается конечный продукт пиррол [24].
Данный способ нашел применение для синтеза муравьиного
ферромона.
Также замещенные
пирролы можно получить при взаимодействии гомохиральных первичных аминов (9),
аминоспиртов и a-аминоэфиров с 2-пропенил-1,3-дикарбонильными соединениями (8) на золотом
катализаторе. Выходы полученных продуктов, а именно
1,2,5-тризамещенных-3-ацилпирролов (10) очень высоки (~95%)
Реакция первичных аминов
с 2-пропенил-1,3-дикарбонилом дает производные енамина, который подвергается
региоселективному циклоаминированию в пиррол под действием NaAuCl4*5H2O катализатора.
Предположительно это происходит путем антиприсоединения атома азота и частично
золота по 5 положению, образуя ацетиленовую связь, винилауратного типа.
Последующие протолиз связи Csp2---Au и реакция изомеризации дают
замещенные пирролы [25].
Использование мягких
реакционных условий при проведении реакции с 2-пропенил-1,3-дикарбонильными
соединениями позволяет избежать рацемизации.
Регио- и
хемоселективность взаимодействия с ацетиленовыми связями одна из интересных
особенностей катализатора на основе Au (III). Несмотря на различные
металлические соли, успешно катализирующие реакции внутримолекулярного
присоединения аминов к кетонам, ²золотой² катализатор, как показано, обладает большей активностью в таких
конденсациях.
Система, включающая TiCl4 и t-BuNH2, действует
как катализатор для региоселективных реакций гидроаминирования алкинов.
Гидразины в этих условиях дают гидразоны, перегруппировывающиеся в производные
индола (~76%).
Реакции гидроаминирования
несимметрично замещенных алкинов происходят с высокой региоселективностью.
Пирролы (11) получаются
при реакции производных анилина и 1,3-диинов под действием TiCl4 и t-BuNH2 при
105º (~30%), в результате аминирования тройных связей [26].
Циклизация
α-аминоалленов (12), катализируемая палладием позволяет получить пирролы
(13). Реакция протекает с высоким выходом (~55%). Большое значение в этом
методе придается условиям реакции, потому что также могут получаться пирролины
[27].
Мартин Рейсер и Герхард
Маас предложили следующий способ получения пирролов из енаминкетонов (14) [28].
1-Диалкиламино-1,3-диарил-3-дифенилфосфанилаллены (15), как промежуточные
соединения, термически превращаются в 3,5-диарилпирролы (16). Эти превращения,
вероятно, заключаются в том, что сопряженные азометиновые илидные интермедиаты
подвергаются или 1,5- или 1,7-циклизации. Реакция происходит в три или четыре
шага, таким образом, обеспечивается простой синтеза 3,5-диарилпирролов из
енаминкетонов. Выход продукта составляет ~60%.
Общий и региоселективный
синтез замещенных пирролов (18) путем циклоизомеризации легко осуществить из (Z)-(2-ен-4-винил)аминов (17) (~65%).
Происходит произвольная циклоизомеризация и далее присоединение к тройной
связи, после чего енамины становятся более стабильными и изомеризуются в
соответствующие пирролы при действии металического катализатора[29]. CuCl2 - лучший катализатор для реагентов
этой реакции, замещенных по третичному атому углерода. Использование в качестве
катализатора производных палладия PdX2 c KX (X = Cl, I) оказалось не эффективным.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5 |