ПЕТУХОВ ПАВЕЛ АНАТОЛЬЕВИЧ

630090 Новосибирск, Проспект Академика Лаврентьева 9, Новосибирский институт органической химии СО РАН, тел. (3832) 344855, e-mail: petukhov@nioch.nsc.ru

НОВЫЕ РЕАКЦИИ НИТРОЗОХЛОРИДОВ И a-АМИНООКСИМОВ ТЕРПЕНОВОГО РЯДА

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 (органическая химия)

Защита состоялась 4 марта 1998 года

Работа выполнена в Лаборатории терпеновых соединений   Новосибирского института органической химии СО РАН, научный руководитель - д.х.н. Ткачёв Алексей Васильевич.

Актуальность темы. a­Аминооксимы и нитрозохлориды терпенового ряда представляют собой два больших класса органических соединений и известны с конца XIX века. Многие терпеновые соединения содержат двойную связь, и выполнение несложных экспериментальных процедур позволяет превратить их сначала в нитрозохлориды, а затем - в a­аминооксимы. Зачастую a­аминооксимы хорошо кристаллизуются, и исторически сложилось так, что эти соединения широко использовались в качестве характеристических производных для идентификации маслообразных и жидких природных терпенов.

Природные терпены, выделяемые в больших количествах из возобновляемого растительного сырья, представляют собой недорогой источник оптически активных соединений, которые могут служить исходным материалом для синтеза новых интересных соединений. Несмотря на то, что методы превращения терпенов в нитрозохлориды и a­аминооксимы хорошо разработаны, в настоящее время известно не так много примеров использования нитрозохлоридов терпенового ряда в органическом синтезе, а синтетическое применение терпеновых a­аминооксимов ограничивается проведением фрагментации Бекмана с образованием w­кетонитрилов, на которых основываются дальнейшие превращения. Причина этого заключается в особенностях строения нитрозохлоридов и ­аминооксимов терпенового ряда, из-за которых протекание одних типов реакций значительно облегчено, а других - затруднено в сравнении с простейшими производными алифатического ряда.

Противоречие между доступностью терпеновых нитрозохлоридов и a­аминооксимов разнообразного строения в оптически активной форме и недостаточной изученностью синтетического применения этих соединений стимулировало данное исследование.

Цель работы - поиск и исследование новых путей трансформации и применения в органическом синтезе нитрозохлоридов и a­аминооксимов терпенового ряда.

Научная новизна и значимость. Показано, что реакция нитрозохлоридов с 1,2­ароматическими диаминами протекает стереоселективно и приводит к новой группе частично гидрированных феназинов - гексагидрофеназинам, а обычные продукты взаимодействия нитрозохлоридов с аминами - a­аминооксимы не были обнаружены в реакционной смеси. В отличие от ароматических диаминов, алифатические диамины - этилендиамин, гексаметилендиамин и пиперазин реагируют с нитрозохлоридами из (+)­3­карена и ­пинена с образованием диаминодиоксимов (бис­­аминооксимов) и диаминооксимов. На примере комплексообразования (Е)-оксима N,N-диметиламинокаранона-4 с Pt(II) и Zn(II) продемонстрирована возможность изменения наиболее стабильной конформации карбоцикла терпенового фрагмента. Показана возможность синтеза новых макроциклических соединений из бис­­аминооксимов ряда (+)­3­карена по известной реакции сдваивания оксимов в условиях межфазного катализа. Найден приемлемый метод дезоксимирования терпеновых ­аминооксимов под действием солей трехвалентного титана, позволяющий с хорошим выходом получать соответствующие a­аминокетоны. Найдены и изучены новый восстановительный вариант фрагментации Бекмана a­аминооксимов и перегруппировка -гидроксиламинооксимов протекающие под действием боргидрида натрия в ацетонитриле. Выяснено, что решающую роль в этих реакциях играет растворитель - восстановительная фрагментация и перегруппировка возможны исключительно в присутствии алифатического нитрила, в других растворителях реакция не идет. С использованием восстановительной фрагментации Бекмана разработан удобный способ превращения a­аминооксимов терпенового и нетерпенового строения в соответствующие w-аминонитрилы.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований получили признание научного сообщества: автор был удостоен Государственной премии РФ в области науки и техники для молодых ученых в 1995 году (совместно с А.М. Чибиряевым и С.А Бакуновым за цикл работ "Азотсодержащие производные природных терпеноидов: подходы к синтезу и перспективы использования") и приглашен с устным докладом на 10 Международную конференцию по органическому синтезу (ICOS 10, г. Бангалор, Индия, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей и 5 тезисов докладов на международных конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 114 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора опубликованных до 1998 года литературных данных по теме "Синтез и реакции ­аминооксимов", обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы из 158 наименований. Диссертация содержит 54 схемы, 9 таблиц и 23 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Новые реакции нитрозохлоридов и ­аминооксимов терпенового ряда
В литературном обзоре рассмотрены синтез и реакции нитрозохлоридов и -аминооксимов.

1. Реакция нитрозохлоридов с ароматическими орто­диаминами

2. Реакция нитрозохлоридов с этилендиамином, гексаметилендиамином и пиперазином

3. Получение комплексов ­аминооксимов с Pt(II) и Zn (II)

4. Синтез макроциклов из бис­­аминооксимов

5. Реакция дезоксимирования ­аминооксимов

6. Реакция ­аминооксимов с боргидридом натрия в ацетонитриле

7. Реакция ­гидроксиламинооксимов с боргидридом натрия в ацетонитриле

8. Выводы

  1. Исследованы новые реакции нитрозохлоридов терпенового ряда с ароматическими и алифатическими диаминами, реакции терпеновых ­аминооксимов с солями переходных металлов, боргидридом натрия и реакция алкилирования диаминодиоксимов в условиях межфазного катализа. Строение и стереохимия всех новых соединений установлены при помощи спектральных методов (ЯМР­, УФ­, ИК­спектроскопия, масс-спектрометрия и рентгеноструктурный анализ) в сочетании с конформационным анализом, выполненным с применением молекулярно-механических и полуэмпирических квантово-химических расчетов.
  2. Показано, что нитрозохлориды по-разному реагируют с алифатическими и ароматическими диаминами. При взаимодействии нитрозохлоридов - производных метилциклогексена, (+)-3-карена и лимонена с орто­фенилендиамином и триаминобензолом с выходом 48-66% образуются соединения ряда 4а-метил-1,2,3,4,4а,5-гексагидрофеназина - новой группы частично гидрированных феназиновых производных. Взаимодействие нитрозохлоридов, полученных из (+)­3­карена и ­пинена, с этилендиамином, гексаметилендиамином и пиперазином приводит к образованию диаминодиоксимов и диаминооксимов с выходами 20-36% и 75-85% соответственно.
  3. Синтезированы хелатные моноядерные комплексы (Е)-оксима N,N-диметиламинокаран-4-она с PtCl2 и ZnCl2 и показано, что за счет комплексообразования происходит существенная деформация карбоцикла, который приобретает ваннообразную форму, не характерную для молекул свободных, не связанных в комплекс, ­аминооксимов ряда (+)-3-карена.
  4. На примере бис­­аминооксимов из (+)-3-карена показано, что при взаимодействии этих соединений с хлористым метиленом в условиях межфазного катализа происходит "сшивка" концевых фрагментов молекулы по оксимным группам и образование макроциклических соединений с выходом 16-60%. Синтезированы первые представители нового класса хиральных макроциклов, содержащих два бициклических терпеновых фрагмента и гетеромакроциклические фрагменты 1,12-диокса-2,5,8,11-тетраазациклотридека-2,10-диена и 1,16­диокса-2,5,12,15-тетраазациклопентадека-2,14-диена.
  5. Найден простой способ получения терпеновых ­замещенных кетонов с высоким выходом (65-89%) в результате обработки ­замещенных оксимов солями Ti(III). Обнаружено, что использование большого избытка соли Ti(III) в реакциях с ­аминооксимами приводит к восстановительному дезаминированию и образованию соответствующих насыщенных терпеновых кетонов.
  6. Обнаружено, что ­аминооксимы под действием боргидрида натрия при нагревании в присутствии алифатических нитрилов подвергаются восстановительной фрагментации Бекмана и превращаются в ­аминонитрилы и их комплексы с бораном с суммарным выходом 33­87%. Продемонстрировано, что найденная реакция имеет общий характер и является простым методом синтеза ­аминонитрилов разнообразного строения. В точно таких же условиях терпеновые ­гидроксиламинооксимы перегруппировываются в циклические амидоксимы. Установлено, что как реакция восстановительной фрагментации ­аминооксимов, так и перегруппировка ­гидроксиламинооксимов под действием боргидрида натрия протекает только в присутствии алифатического нитрила, и дано объяснение особой роли алифатического нитрила в этих процессах.

Основные результаты исследований изложены в следующих работах:

  1. Petukhov, P.A.; Tkachev, A.V. Reductive Beckman's Type Fragmentation of a-Amino Oximes by Sodium Borohydride: A New Synthetic Pathway to -Amino Nitriles // SynLett. - 1993. - N. 8. - P. 580.
  2. Tkachev, P.A. Petukhov, S.N. Konchenko, S.V. Korenev, M.A. Fedotov, Y.V. Gatilov, T.V. Rybalova, O.A. Kholdeeva. Optically Active Zn(II) and Pt(II) Complexes of the 3-Carene Type alpha-Amino Oxime // Tetrahedron: Asymmetry. - 1995. - V. 6. - P. 115-122.
  3. Petukhov, A.V. Tkachev. Synthesis of Terpenic -Amino Ketones // Mendeleev Communications. - 1996. - N. 2. - P. 64-65.
  4. Petukhov, P.A., Denisov A. Yu., Tkachev A.V. Rearrangement of -Hydroxylamino Oximes to Cyclic Amidoximes by the Action of Sodium Borohydride // Tetrahedron. - 1997. - V. 53. - P. 2527-2534.
  5. Petukhov, P.A., Tkachev, A.V. Sodium Borohydride in an Acetonitrile Medium: Efficient Reagent for Reductive Beckmann Type Fragmentation of alpha-Amino Oximes // Tetrahedron. - 1997. - V. 53. - P. 2535-2550.
  6. Petukhov, P.A., Tkachev, A.V. Synthesis of Chiral Hexahydrophenazines by Treatment of Dimeric Nitrosochlorides with 1,2-Diaminoarenes // Tetrahedron. - 1997. - V. 53. - P. 9761-9768.
  7. Petukhov P.A., Denisov A.Yu., Tkachev A.V. Synthesis of New Aza-Derivatives of -Pinene and 3-Carene // Abstracts of Papers of the XV Conference on isoprenoids. - Zakopane, Poland. - 1993. - P.41.
  8. Petukhov P.A., Tkachev A.V. Sodium Borohydride in an Acetonitrile Medium: an Efficient Reagent for Reductive Beckman's Fragmentation // Abstracts of Papers of the 10 International Conference on Organic Synthesis. - Bangalore, India. - 1994. - P. 108.
  9. Tkachev A.V., Petukhov P.A., Konchenko S.N., Korenev S.V., Fedotov M.A., Gatilov Y.V., Rybalova T.V., Kholdeeva O.A. New Optically active Zn(II) and Pt(II) complexes // Abstracts of Papers of the 10 International Conference on Organic Synthesis. - Bangalore, India. - 1994. - P. 136.
  10. . Kholdeeva O.A., Zamaraev K.I., Petukhov P.A., Tkachev A.V. Alkene Epoxidation Catalyzed by Novel Terpenoid-Based Transition Metal Complexes // Abstract of Papers of II Conference. Modern Trends in Chemical Kinetics and Catalysis. -Novosibirsk, Russia. - 1995. - P. 244.
  11. . Petukhov P.A., Tkachev A.V. Synthesis of New Chiral Macrocycles under Phase-Transfer Conditions // Abstract of Papers of International Symposium Phase Transfer Catalysis: mechanism and application in organic synthesis. - Sant-Petersburg, Russia. - 1997. - P.61-63.

top.gif (1017 bytes)

Вернуться ] Поиск ] Начальная страница ] Гостевая книга ]