Распространение реакций Гевальда на теллурсодержащие гетероциклы, включающие в цикл группировку - СН2 - со -

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].

_„.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

\

Те

ЫН,

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

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

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

Те

О

Б

12

1. КТе"

2. И+

Те

О

// \\ Б

^ 1 ТеК

NH00R

14

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

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

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

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 ^ .

21

Б

22

б) взаимодействие 19 с гуанидином и амидинами сразу переводит их в аминопиримидины 23 (14):

К

К

О

С=Ы Р-

ЫН

Те

Те

19

Э

23

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

24

Э Ы Р

Те

Те

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

Те

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

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

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

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.