Використання триметилхлорсилану в реакціях т-аміноефекту

При вивченні меж застосування реакції Кневенагеля по альдегідам нами було помічено, що використання орто- диалкіламіноальдегідів 29 з найбільш активними СН-кислотними субстратами 2, 4, веде до утворення суміші бензиліденового продукту типу 30 та продукту циклізації шляхом Т-аміноефекту типу 31. Оптимальні умови для отримання виключно поліциклічних продуктів типу 31 були нами винайдені: нагрівання реакційної суміші в pressure tube в DMF в присутності 3-х еквівалентів Me₃SiCl при 100 ^оС протягом 10 годин. (Схема 13)

Маючи зручну методику проведення Т-реакції за допомогою ТМСХ, ми вирішили визначити межі застосування нашого методу. Для цієї мети в якості вихідних альдегідів ми вирішили використати орто- N-диалкіламінозаміщені бензальдегіди 29(1-4), 4-піразолкарбальдегіди 29(5,6) та 3-хінолінкарбальдегіди 29(7,8). (Малюнок 3)

З іншого боку в якості метилен активних компонент нами були досліджені різноманітні заміщені ацетонітрили 2,4 (Малюнок 4) та циклічні СН-кислотні сполуки 12. (Малюнок 5).

Внаслідок реакції сполуки 2(15-17), 4(1-4,6,7,9,11,15,16),12(1-6,17,18,21-23) утворюють поліциклічні продукти 31 з 75-95% виходами, причому утворення бензиліденових похідних в даному випадку не відбувається. Отримана синтетична процедура дозволила розширити межі Т-ефекту порівняно з відомими раніше методами його активації. Так нам вперше вдалося провести Т-гетероциклізацію з речовинами 4(3,11,16), також вперше вдалося використати в ній N-незаміщений ціанметилбензімідазол 4(2). Зручність та можливість проведення як one-pot Т-реакції в присутності ТМСХ дозволила використати її з монозаміщеними тіобарбітуровими кислотами 12(18), гомофталімідами 12(21,22) та піразолонами 12(23), отримання відповідних бензиліденових похідних яких дуже ускладнене.

Слід зауважити, що реакція відбувається стереоселективно з утворенням сполук з аналогічною конфігурацією до описаних раніше.

Дуже цікавою виглядала спроба використання TMSCl для Т-реакції орто- N-диалкіламіноанілів з альдегідами. (Схема 15)

Оптимальною методикою для проведення реакції в даному випадку виявилося: 2-ох годинне нагрівання суміші орто- N-диалкіламіноаніліну 38 з альдегідом 1 в Py в присутності 3-х еквівалентів Me₃SiCl. На нашу думку основною перевагою Py порівняно з іншими розчинниками є найбільш повне та швидке зв’язування HCl, що утворюється при конденсуючій дії ТМСХ. Також слід зауважити, що при використанні в якості диалкіламіногрупи 6-ти членних циклічних амінів (піпіридин 38(7), морфолін 38(8)) Т-ефекту не відбувається та утворюються звичайні азометини 40.

Триметилхлорсилан – конденсуючий реагент в реакціях гетероциклізації карбонільних сполук з амінами, що містять в орто- положенні аміно-, тіо- або гідроксигрупу.

Нами була розроблена препаративна методика синтезу бензімідазолів виходячи з альдегідів 1 (Малюнок 6) та орто- фенілендиамінів 43 (Малюнок 7) придатна для паралельного синтезу комбінаторних бібліотек.

Оптимальні реакційні умови – нагрівання вихідних речовин у співвідношенні 1:1 в розчині DMF протягом 2-х годин на водяній бані в присутності 2-х еквівалентів ТМСХ – ведуть до утворення цільових бензімідазолів 46 з високими препаративними виходами. (Схема 16)

Визначивши умови та розробивши зручну та просту процедуру для синтезу бензімідазолів, було вирішено ввести замість орто- фенілендиамів 43 орто- тіо- (48) та орто -гідроксианіліни (49). (Схема 17)

Виявилося, що орто- тіоаніліни 48 ведуть себе в нашій системі повністю аналогічно до орто- фенілендиамінів 43. Навпаки, орто- гідрокси-аніліни 49 взагалі не утворюють бензоксазолів 51, реакція зупиняється на стадії утворення азометинів 52 і не йде далі ні при більш тривалому нагріванні, ні при спробі її проведення за більш жорстких умов.

Розроблений вище підхід був нами використаний для синтезу інших сполук, що містили у своєму складі імідазольний фрагмент. (Схема 18)

За нашим методом вперше було синтезовано бібліотеку N-заміщених ксантинів 60 виходячи з альдегідів 1 і моно N-заміщених диаміноурацилів 59.

ВИСНОВКИ

 

Розроблена нова методологія використання Me₃SiCl, як конденсуючого агенту для активації карбонільних сполук, придатна до використання в паралельному синтезі для отримання комбінаторних бібліотек.

Винайдені технологічні можливості використання TMSCl при підвищеній температурі (до 100 єС), завдяки чому вдалося значно розширити коло субстратів, що можуть активуватися цим реагентом.

Розроблена методика для проведення реакції Кневенагеля в системі DMF/TMSCl з достатньо широкими межами застосування як по альдегідам, так і по метилен активним сполукам придатна до використання в паралельному синтезі.

Розроблена нова методика отримання гетарилбензилкетонів, що є дуже важкодуступними речовинами за іншими шляхами. При її використанні синтезована ціла низка раніше невідомих представників цього класу сполук.

Розроблена нова методика отримання гетарилгалоїдвінілів, що виявилася придатною для паралельного синтезу та дозволила синтезувати бібліотеку нових представників цього класу сполук.

Розроблена принципово нова одностадійна процедура для проведення реакцій з Т-аміноефектом на основі орто- диалкіламіноальдегідів. Визначені межі її використання та синтезована бібліотека нових представників цього класу сполук.

Розроблена одностадійна процедура синтезу 1,2-анельованих тетрагі-дрохінолін-3-карбонових кислот та їх гетероциклічних аналогів, більшість з яких виявилися новими класами сполук такого типу.

Розроблена принципово нова одностадійна процедура для проведення реакцій з Т-аміноефектом на основі орто- диалкіламіноанілів. Визначені межі її використання та синтезована бібліотека нових представників цього класу сполук.

Розроблено нові умови для проведення паралельного синтезу бензімідазолів, виходячи з альдегідів та орто- фенілендиамінів, значно розширені межі застосування цієї реакції, що дозволило використовувати в ній в якості субстратів гетероциклічні аналоги фенілендиамінів та привело до отримання бібліотек пуринів та ксантинів.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ

 

1. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Tverdokhlebov A.V., Tolmachev A.A. 2-Benzothiazolemethanol As Precursor Of 2-Aryl-1-(2-benzo-thiazolyl)-1-ethanones // Synth. Commun., 2004; 34, 1483-1487. (Особистий внесок: постановка задачі дослідження, синтез описаних речовин, інтерпретація спектральних даних).

2. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Volochnyuk D.M., Tolmachev A.A.Synthesis of Fused Imidazoles and Benzothiazoles from (Hetero)Aromatic ortho -Diamines or ortho -Aminothiophenol and Aldehydes Promoted by Chlorotrimethylsilane // Synthesis, 2006, 21, 3715-3726. (Особистий внесок: постановка задачі дослідження, розробка синтетичної процедури, синтез описаних речовин, інтерпретація спектральних даних, визначення меж застосування).

3. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Volochnyuk D.M., Shivanyuk A.N., Tolmachev A.A.A One-pot Fusion of Nitrogen Containing Heterocycles // Synthesis, 2007, 18, 2872-2886. (Особистий внесок: постановка задачі дослідження, синтез описаних сполук та інтерпретація спектральних даних, формулювання висновків).

4. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Volochnyuk D.M., Shivanyuk A.N., Tolmachev A. A. One-Pot Synthesis of 2,3-Dihydro-1 H -benzimidazoles // J. Org. Chem., 2007, 19, 7417-7419. (Особистий внесок: постановка задачі дослідження, синтез описаних сполук та інтерпретація спектральних даних, формулювання висновків).

5. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Volochnyuk D.M., Tolmachev A.A. Chlorotrimethylsilane-Mediated Synthesis of 2-Aryl-1-chloro-1-heteroarylalkenes // Synthesis, 2007, 20, 3163-3170. (Особистий внесок: постановка задачі дослідження, синтез описаних сполук та інтерпретація спектральних даних, формулювання висновків).

6. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Volochnyuk D.M., Pipko S.E., Shivanyuk A.N., Tolmachev A.A. Combinatorial Knoevenagel Reactions // J. Сomb. Сhem., 2007, 9, 1073-1078. (Особистий внесок: постановка задачі дослідження, синтез описаних сполук та інтерпретація спектральних даних, формулювання висновків).

7. Томачов А.О., Рябухін С.В., Пласконь А.С. Застосування триалкіл-силілгалогеніду, як конденсуючого агенту в реакціях з Т-аміноефектом // Патент України, 17867U, 2006. (Особистий внесок: постановка задачі дослідження, синтез описаних сполук та інтерпретація спектральних даних, формулювання висновків).

8. Волочнюк Д.М., Толмачев А.А., Рябухин С.В., Вовк М.В. Электрофильная функционализация аминопроизводных p-избыточных гетероциклов. // ХХ Українська конференція з органічної хімії, присвячена 75-річчю з дня народження акад. О.В. Богатського, м. Одеса, 20-24 вересня 2004, c. 24

9. Рябухин С.В., Пласконь А.С., Волочнюк Д.М., Толмачев А.А. Триметилхлорсилан как удобный конденсирующий агент в различных реакциях Т-аминоэффекта. // ХХ Українська конференція з органічної хімії, присвячена 75-річчю з дня народження акад. О. В. Богатського, м. Одеса, 20-24 вересня 2004, c. 322.

10. Рябухин С.В., Пласконь А.С., Волочнюк Д.М., Толмачев А.А. Электрофильная функционализация аминопроизводных р-избыточных гетероциклов. // Международная конференция по химии гетероциклических соединений, посвященная 90-летию со дня рождения проф. А.Н.Коста “КОСТ-2005” Москва, Россия, 17-21 октября 2005, П 28, с. 36.

11. Volochnyuk D.M., Ryabukhin S.V., Vovk M.V., Tolmachev A.A. Aminoheterocycles – convenient building blocks for synthesis of different objets for medicinal chemistry // International Symposium on Chemistry, Biology & Medicine CBM-06, Cyprus, May 28-June 01, 2006, P 109.

12. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Ostapchuk E.N., Volochnyuk D.M., Tolmachev A.A.Chlorotrimethylsilane – a promising reagent in condensation and heterocyclizations // International Conference Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles CNCH - 2006, Kharkiv, October 2-6, 2006, p.20.

13. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Volochnyuk D.M., Tolmachev A.A.The synthesis of fused imidazoles and benzthiazoles from (hetero)aromatic ortho- diamines or ortho- aminothiophenole and aldehydes // International Conference Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles CNCH - 2006, Kharkiv, October 2-6, 2006, p.171.

14. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Volochnyuk D.M., Tolmachev A.A.Hetarylmethanolos as precursors for synthesis of 2-aryl-1-hetarilethanones // International Conference Chemistry of Nitrogen Containing Heterocycles CNCH - 2006, Kharkiv, October 2-6, 2006, p.174.

15. Ryabukhin S.V., Plaskon A.S., Tverdokhlebov A.V., Volochnyuk D.M., Tolmachev A.A.Hetarylmethanolos as precursors for synthesis of 2-aryl-1-hetarуlethanones // 4^th International Chemistry Conference Toulouse-Kiev, Toulouse, France, 6-8 June 2007, р.74.

АНОТАЦІЯ

 

Рябухін С.В. Триметилхлорсилан – перспективний конденсуючий реагент в реакціях за участю карбонільних сполук. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 – органічна хімія. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, хімічний факультет, Київ, 2008.

Дисертація присвячена вивченню конденсуючої та водовіднімаючої дії триметилхлорсилану в реакціях за участю карбонільних сполук та розробці ефективних методик проведення конденсацій та гетероциклізацій на його основі придатних до паралельного синтезу комбінаторних бібліотек.

З урахуванням отриманих при оптимізації методики результатів винайдено, що найбільш ефективними умовами для конденсації карбонільних сполук з утворенням С-С зв’язку та в реакціях гетероциклізації є система Me₃SiCl/DMF, а у разі утворення C-N зв’язку – Me₃SiCl/Py. Винайдена технологічна можливість проведення цих реакцій при підвищеній температурі (до 100 єС). Встановлено границі використання нашого методу в реакції Кневенагеля. Запропоновано новий одностадійний підхід до реакцій з Т-аміноефектом. Розроблена нова методика синтезу бензімідазолів виходячи з альдегідів та орто- фенілендиамінів і встановлені межі її використання.

Ключові слова: карбонільні сполуки, метилен активні сполуки, триметилсилілхлорид, конденсуючий реагент, реакція Кневенагеля, паралельний синтез, гетороциклізація.

АННОТАЦИЯ

 

Рябухин С.В. Триметилхлорсилан – перспективный конденсирующий реагент в реакциях с участием карбонильных соединений. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 – органическая химия. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, химический факультет, Киев, 2008.

Диссертация посвящена изучению конденсирующего и водоотнима-ющего действия триметилхлорсилана в реакциях с участием карбонильных соединений и разработке эффективных методик проведения конденсаций и гетероциклизаций на его основе пригодных для использования в параллельном синтезе комбинаторных библиотек.

Учитывая полученные при оптимизации методики результаты, найдено, что наиболее эффективными условиями для конденсации карбонильных соединений с образованием С-С связи и в реакциях гетероциклизации является система Me₃SiCl/DMF, а в случае образования C-N святи – Me₃SiCl/Py. Найдена технологическая возможность проведения этих реакций при повышенной температуре (до 100 єС). Исследованы и установлены границы применения нашего метода в реакции Кневенагеля как по альдегидам, так и по метилен активным компонентам. Благодаря этому разработаны удобные методики для получения стирилов исходя из метилгетероциклов и альдегидов. В процессе установления границ применения найдено несколько новых объектов, которые могли бы использоваться как субстраты в реакции Кневенагеля. Среди них особого внимания заслуживают 2-оксиметилгетероциклы и 2-хлорметилгетероциклы, использование которых открыло удобный прямой синтетический путь к гетарилбензилкетонам и гетарилхлорвинилам соответственно. Также разработан удобный препаративный метод получения гетарилгалоген-винилов исходя из тозилпроизводных 2-оксиметилгетероциклов.

Было показано, что система Me₃SiCl/DMF позволяет препаративно проводить превращение (гетеро) ароматических орто- диалкиламино-альдегидов в конденсированные тетрагидропиридины в 1 стадию. Показано, что реакция проходит как тандем: коденсация Кневенагеля – Т-реакция, установлена роль триметихлорсилана в этом превращении. Было найдено, что орто- диалкиламиноанилины в реакции с альдегидами в системе Me₃SiCl/Py образуют соответствующие дигидробензимидазолы, что является редким примером Т-аминоэффекта с образованием 5-ти членных гетероциклов. Показано, что азометин не является интермедиатом в данном превращении.

Разработана новая методика синтеза бензимидазолов исходя из альдегидов и орто- фенилендиаминов. Установлены границы ее применения и показана возможность использования в ней орто- тиоанилинов и разнообразных гетероциклических орто- диаминов, среди которых следует выделить моно N-замещенные орто- диаминоурацилы, соответствующие N-замещенные ксантины на основе которых, получены таким путем впервые.

Ключевые слова: карбонильные соединения, метилен активные соединения, триметилсилилхлорид, конденсирующий агент, реакция Кневенагеля, параллельный синтез, гетероциклизация.

SUMMARY

 

Ryabukhin S.V. Chlorotrimethylsilane – perspective condensing agent in reactions of carbonyl compounds. – Manuscript.

PhD (eq, candidate of science) thesis on speciality 02.00.03 – organic chemistry. Taras Schevchenko Kyiv National University, Department of Chemistry, Kiev, 2008.

The dissertation deals with studies of condensing and water scavenging capability of chlorotrimethylsilane in reactions of carbonyl compounds. The new highly efficient methods for condensations and heterocyclizations can be applied for parallel synthesis of combinatorial libraries.

The optimization studies revealed that the use of Me₃SiCl in DMF insures the most efficient outcome for the condensation of carbonyl compounds leading to the formation of C-C bonds and in the heterocyclization reactions. In the case of the formation of C-N bond Me₃SiCl in pyridine was proved the most efficient condensation agent. The technology was developed to carry out the condensation reactions at elevated temperatures (up to 100 ^oC). Systematic studies revealed the scope and limitations of the combinatorial Knoevenagel procedure. Novel methodology of one-step T-effect reactions proposed. New methods for the synthesis of benzimidazoles from aldehydes and ortho- phenylenediamines was elaborated. The scope and limitations of this method was studied.

Key words: carbonyl compounds, methylene active compounds, chlorotrimethylsilane, condensing agent, Knoevenagel reaction, parallel synthesis, heterocyclization.