Синтез, структура и химические свойства замещенных 2-амино-4Н-пиранов

Актуальность проблемы:

Соединения, содержащие пирановый цикл, по объему имеющейся о них информации и по количеству структур, созданных природой и синтезированных человеком, занимают одно из лидирующих мест в химии гетероциклических соединений.

Они играют значительную роль в различных биологических процессах. Их биологическая активность в большой степени зависит от их строения, а именно от наличия заместителей в пирановом цикле, от аннелирования пиранового цикла с другими циклами, от расположения атома водорода во втором или четвертом положении. Особое место среди замещенных пиранов принадлежит 2-амино-4Н-пиранам, содержащим в третьем положении нитрильную, сложноэфирную, амидную или другие функциональные группы. Такие соединения чрезвычайно интересны и полезны для синтеза аннелированных пиранов. На практике эти соединения применяют как лекарственные препараты, красители, пигменты, сельскохозяйственные и ветеринарные средства.

Получают 2-амино-4Н-пираны, как правило, в две стадии. Сначала из альдегидов или кетонов и производных циануксусной кислоты по реакции Кневенагеля получают замещенный а,(3-непредельный нитрил. Далее проводят реакцию между полученным нитрилом и 1,3-дикарбонильным соединением. Однако этот метод имеет существенные недостатки, так как постадийный синтез требует выделения непредельных нитрилов, которые являются токсичными, а бензилиденмалононитрилы и вовсе являются аналогами боевых отравляющих веществ, таких как «CS». Работа с подобными соединениями требует особых навыков и дорогостоящего оборудования, в связи с чем актуальной задачей явилась разработка общего региоселективного одностадийного метода синтеза замещенных 2-амино-4Н-пиранов.

Целью диссертационной работы является;

— Всестороннее изучение реакций 1,3-Дикарбонильных соединений, альдегидов или кетонов с производными циануксусной кислоты;

— Изучение реакций карбоциклических и гетероциклических карбонильных соединений с альдегидами или кетонами и производными циануксусной кислоты;

— Изучение строения полученных соединений и установление региоселективности проведенных реакций;

— Разработка региоселективного одностадийного метода синтеза замещенных 2-амино.

4Н-пиранов.

Научная новизна и практическая ценность.

На основе всестороннего изучения трехкомпонентной конденсации 1,3-.дикарбонильных соединений, карбои гетероциклических карбонильных соединений с альдегидами или кетонами и производными циануксусной кислоты разработаны общие методы синтеза замещенных 2-амино-4Н-пиранов.

— Установлено, что реакция циклогексанона с арилиденмалононитрилами или с альдегидами и малононитрилом приводит к замещенным 2-амино-4-арил-3,4,4а, 5,6,7-гексагидро-1,3,3-трицианонафталинам, а не 2-аминохроменам, как это ошибочно считали ранее.

— Установлено, что в описываемой трехкомпонентной конденсации резорцин и 3-аминофенол присоединяются к арилметиленмалононитрилам 6-ым положением, а не 2-ым и дальнейшая циклизация приводит к 7-гидроксиили 7-аминохроменам, а не к хроменам, замещенным в 5-ом положении, как это ошибочно утверждали ранее.

— Показано, что трехкомпонентная конденсация 3-замещенных пиразолонов-5 с альдегидами и производными циануксусной кислоты приводит к 6-амино-4-арил-5-циано-2Н, 4Н-пирано[2,3-с]пиразолам, а не к 6-амино-4-арил-5-циано-1Н, 4Н-пирано[2,3-с]пиразолам, как это считали ранее.

— Разработан одностадийный метод синтеза ранее неизвестных 4-спиро-(4-пиперидино)-пирано [3,2-с] пиразо лов.

— На основе 2,6-диарилиденпиперидонов-4 или 2,6-диарилиденпиранонов-4 разработан метод синтеза аннелированных 2-амино-4Н-пиранов с пиперидиновым или тетрагидропирановым циклами.

— Показано, что в отличие от 2-хлор-, 2-бром-, 2-иодбензальдегидов реакция 2-хлор-З-хинолинового альдегида с малононитрилом и 1,3-циклогександионами протекает с образованием как 7Н-хромено[2,3-?]хинолинов, так и 2-аминохроменов. В аналогичных реакциях 5-формил-4,6-дихлорпиримидина с малононитрилом и 1,3-циклогександионами, не зависимо от порядка смешения реагентов, в обоих случаях продуктами являются 5Н-хроменопиримидины.

— С использованием современных методов физико-химического анализа (ИК-, ЯМР спектроскопий, РСА) установлено, что все трехкомпонентные конденсации 2-нитробензальдегида, карбонильных соединений и производных циануксусной кислоты приводят к образованию только одного инвертомера 4Н-пиранов — сгда-перипланарного изомера 4-(2-нитрофенил)-4Н-пирана.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы были представлены на Седьмом симпозиуме по химии гетероциклов «Blue Danube» (Eger, Hungary, 1998), на Второй международной конференции молодых ученых «Актуальные тенденции в органическом синтезе на пороге новой эры» (Санкт-Петербург, Россия, 1999), на конференции «Молодежная научная школа по органической химии (Екатеринбург, Россия, 2000) и на Третьем Всероссийском симпозиуме по органической химии «Стратегия и тактика органического синтеза» (Ярославль, Россия, 2001).

Публикации.

Содержание диссертации изложено в двух статьях и пяти тезисах в сборниках докладов научных конференций.

Структура и объем работы.

Материал диссертации изложен на 112 страницах, содержит 22 таблицы и 4 рисунка. Библиография включает 132 литературные ссылки на научные публикации. Диссертация включает в себя введение, литературный обзор методов синтеза и биологической активности замещенных 2-амино-4Н-пиранов, главу обсуждения результатов диссертационной работы, экспериментальную часть, выводы, список литературы и приложение.

4. Выводы:

1. На основе всестороннего изучения трехкомпонентной конденсации 1,3-дикарбонильных соединений, карбои гетероциклических карбонильных соединений с альдегидами или кетонами и производными циануксусной кислоты разработаны общие методы синтеза замещенных 2-амино-4Н-пиранов.

2. Установлено, что реакция циклогексанона с арилиденмалононитрилами или с альдегидами и малононитрилом приводит к замещенным 2-амино-4-арил-3,4,4а, 5,6,7-гексагидро-1,3,3-трицианонафталинам, а не 2-аминохроменам, как это ошибочно считали ранее.

3. Установлено, что в описываемой трехкомпонентной конденсации резорцин и 3-аминофенол присоединяются к арилметиленмалононитрилам 6-ым положением, а не 2-ым и дальнейшая циклизация приводит к 7-гидроксиили 7-аминохроменам, а не к хроменам, замещенным в 5-ом положении, как это ошибочно утверждали ранее.

4. Показано, что трехкомпонентная конденсация 3-замещенных пиразолонов-5 с альдегидами и производными циануксусной кислоты приводит к 6-амино-4-арил-5-циано-2Н, 4Н-пирано[2,3-с]пиразолам, а не к 6-амино-4-арил-5-циано-1Н, 4Н-пирано[2,3-с]пиразолам, как это считали ранее.

5. Разработан одностадийный региоселективный метод синтеза ранее неизвестных 4-спиро-(4-пиперидино)-пирано[2,3-с]пиразолов.

6. На основе 3,5-диарилиденпиперидонов-4 или 3,5-диарилиденпиранонов-4 разработан метод синтеза аннелированных 2-амино-4Н-пиранов с пиперидиновым или тетрагидропирановым циклами.

7. Показано, что в отличие от 2-хлор-, 2-бром-, 2-иодбензальдегидов реакция 2-хлор-З-хинолинового альдегида с малононитрилом и 1,3-циклогександионами протекает с образованием как 7Н-хромено[2,3-?]хинолинов, так и 2-аминохроменов. В аналогичных реакциях 5-формил-4,6-дихлорпиримидина с малононитрилом и 1,3-циклогександионами, не зависимо от порядка смешения реагентов, в обоих случаях продуктами являются 5Н-хромено[2,3-</]пиримидины.

8. С использованием современных методов физико-химического анализа (ИК-, ЯМР спектроскопий, РСА) установлено, что все трехкомпонентные конденсации 2-нитробензальдегида, карбонильных соединений и производных циануксусной кислоты приводят к образованию только одного инвертомера 4Н-пиранов — сш-перипланарного изомера 4-(2-нитрофенил)-4Н-пирана.