КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-23-00370
НазваниеВнутримолекулярная электрофильная деароматизация в синтезе новых азаспироциклических систем
Руководитель Рожкова Юлия Сергеевна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук , Пермский край
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений
Ключевые слова электрофильная деароматизация, спироцикл, азотсодержащие гетероциклы, нитрил, кислота, циклизация, спироциклогекса-2,4-диенон, реакция Риттера, спирты
Код ГРНТИ31.21.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Разработка эффективных методов построения спироциклических систем является актуальной задачей, поскольку данные соединения обладают разными полезными свойствами. Так, спироциклы являются основой большого числа природных соединений и ряда различных фармацевтических препаратов. Данные соединения находят свое применение в качестве лигандов для асимметрического катализа, могут использоваться в качестве базовых структур для создания материалов для органической электроники и полимерных материалов. Широкие возможности применения спироциклов являются стимулом для поиска эффективных методов их синтеза из недорогих и доступных предшественников. Особенный интерес для исследователей представляет разработка универсальных домино-подходов для «быстрой сборки» полианнелированных систем, содержащих спироциклические фрагменты.
Данный проект направлен на расширение синтетических возможностей применения электрофильной деароматизации на основе внутримолекулярной реакции Риттера с целью разработки подходов для получения новых азотсодержащих спироциклических соединений. В рамках выполнения проекта впервые в качестве субстратов для внутримолекулярной электрофильной деароматизации будут использованы третичные и вторичные алициклические спирты, содержащие в бета-положении 2-метоксифенильный и 1- и 2-метоксинафтильлные заместители. Систематическое исследование реакций данных спиртов с широким рядом нитрилов в полной мере позволит оценить синтетические возможности данного взаимодействия для синтеза азаспироциклических продуктов. Так, в результате использования алифатических и ароматических нитрилов, алкилтиоцианатов и β-оксонитрилов могут будут получены новые азаспироциклоциклогекса-2,4-диеноны и азаспироцикло-нафтален-1- и -2-оны. Применение в реакции нитрилов, содержащих дополнительные нуклеофильные группы, например, фенилацетонитрилов и ароматических(гетероароматических) 1,2-амино(гидрокси)нитрилов, позволит осуществить домино-последовательность «внутримолекулярная электрофильная деароматизация/внутримолекулярное 1,2- или 1,6-присоединение». Реализация данного подхода приведет к получению новых, полианеллированных, в том числе спироциклических, аза-гетероциклов с высоким структурным разнообразием, содержащих фрагменты пиррола, индола, карбазола, акридина, хинолина, изохинолина, азепина и т.д. Принимая во внимание важную роль спироциклов и азотсодержащих гетероциклов при создании лекарственных препаратов, в рамках выполнения проекта планируется оценить цитотоксическую активность некоторых из синтезированных продуктов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках выполнения данного проекта перед нами стояла задача, направленная на исследование синтетических возможностей внутримолекулярной электрофильной ипсо-деароматизации алициклических спиртов, содержащих в бета-положении орто-метоксифенильные(нафтильные) группы на основе внутримолекулярной реакции Риттера, как для получения азаспиро-2,4-циклогексадиенонов, так и для разработки домино-последовательностей «электрофильная внутримолекулярная деароматизация/внутримолекулярное 1,2- или 1,6-присоединение» для получения полианнелированных аза-гетероциклов. Для решения поставленной задачи на первом этапе выполнения проекта мы провели систематическом изучение взаимодействия 2-(2-метоксифенил)циклогексан-1-олов с рядом тиоцианатов и нитрилов.
Обнаружено, что реакция 2-(2-метоксифенил)циклогексан-1-олов с тиоцианатами в условиях кислого катализа в результате электрофильной ипсо-деароматизации на основе реакции Риттера приводит стереоселективному образованию гидрированных спироиндоленинов. Установлены границы применимости данного метода. Алкилтиоцианаты и бензилтиоцианат дают спироиндоленины с умеренными и хорошими выходами, в то время как использование β-оксотиоцианатов качестве субстратов неэффективно. Обнаружено, что эффективность внутримолекулярной ипсо-деароматизации также зависит как от заместителей в α-положении к гидрокси группе в исходных спиртах, так и от заместителей в 2-метоксифенильном фрагменте. Изучены некоторые превращения полученных гидрированных спироиндоленинов. На примере 2'-(этилтио)-3,7a'-диметил-3a',4',5',6',7',7a'-гексагидроспиро[циклогексан-1,3'-индол]-2,4-диен-6-она показано, что в результате кислотного гидролиза последнего при кипячении в 15% H2SO4 происходит раскрытие индольного фрагмента по связи С=N с образованием соответствующего амида. Обнаружено, что при кипячении в дихлорэтане в присутствии SiO2 2'-(этилтио)-3,7a'-диметил-3a',4',5',6',7',7a'-гексагидроспиро[циклогексан-1,3'-индол]-2,4-диен-6-он перегруппировывается в бензоксазепин.
Найдено, что реакции 2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексан-1-ола с такими нитрилами как фенилацетонитрил, этиловый эфир циануксусной кислоты, пропионитрил и пара-метоксибензонитрил, в условиях кислого катализа протекают не так однозначно как с тиоцианатами. Оказалось, что возможность реализации электрофильной ипсо-деароматизации зависит от природы нитрила. Так, взаимодействие 2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексан-1-ола с фенилацетонитрилом и этиловым эфиром циануксусной кислоты приводит к получению соответствующих спироиндоленинов. В результате конденсации спирта с пропионитрилом и пара-метоксибензонитрилом продукты внутримолекулярной электрофильной ипсо-деароматизации не образуются или образуются в следовых количествах. В этих случаях вместо внутримолекулярной ипсо-циклизации происходит нуклеофильное присоединение воды к нитрилиевому иону, в результате чего образуются соответствующие амиды классические продукты реакции Риттера.
Установлено, что конденсация спиртов ряда 2-(2-метоксифенил)циклогексан-1-олов с орто-аминобензонитрилами, содержащими как электронодонорные, так и электроноакцепторные заместители в ароматическом кольце, в концентрированной серной кислоте приводит к стереоселективному образованию цис-сочлененных 2,3,4,4a,13,13a-гексагидро-1H-хинолино[4,3,2-kl]акридинов с выходами 42–73%. Образование хинолино[4,3,2-kl]акридинов происходит за счет реализации домино-последовательности «электрофильная внутримолекулярная деароматизация/внутримолекулярное 1,2-присоединение/расширение цикла». Аналогичная реакция с участием 2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексан-1-ола и нитрила 2-аминоникотиновой кислоты приводит к получению цис-сочлененного 2,3,4,4a,13,13a-гексагидро-1H-нафтиридино[4,3,2-gh]фенантридина с выходом 85%. В случае реакции (2-метоксифенил)циклогексан-1-олов с 4-аминопиримидин-5-карбонитрилом реализуется диастереоселективная домино-последовательность «электрофильная внутримолекулярная деароматизация/внутримолекулярное 1,6-присоединение» в результате чего удалось получить 2,3,4,4a,6,8a,9,14a-октагидроиндоло[2,3-d]пиримидо[4,5-b]хинолин-5(1H)-оны.
Публикации
1. Рожкова Ю.С., Пегушина А.С., Сторожева Т.С., Горбунов А.А., Майорова О.А., Шкляев Ю.В. Внутримолекулярная электрофильная деароматизация в синтезе гидрированных спироиндоленинов Техническая химия. От теории к практике: сбор. тез. докл. VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 300-летию Российской академии наук (Пермь, 9 - 13 сентября, 2024 г.) / ред. Г.В. Чернова, «Институт технической химии УрО РАН» – филиал ПФИЦ УрО РАН. – Пермь, 2024. – 180 с., С. 159 (год публикации - 2024)
2.
Рожкова Ю.С., Пегушина А.С., Морозов В.В., Шкляев Ю.В.
Dearomative electrophilic spirocyclization via the intramolecular Ritter reaction: Diastereoselective access to hydrogenated spiroindolenines
Tetrahedron Letters, Tetrahedron Letters 155 (2025) 155423 (год публикации - 2024)
10.1016/j.tetlet.2024.155423
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках проекта был изучен синтетический потенциал внутримолекулярной электрофильной ипсо-деароматизации 2-(орто-метоксиарил)замещенных алициклических спиртов на основе реакции Риттера. С этой целью было проведено систематическое исследование взаимодействия указанных спиртов с широким кругом тиоцианатов и нитрилов в условиях кислотного катализа. В 2025 году были получены следующие ключевые результаты: Установлены основные закономерности взаимодействия 1-метил-(4-R-5-R1-2-метоксифенил)циклогексан-1-олов с бензонитрилами и фенилацетонитрилами в условиях кислотного катализа и выявлено влияние заместителей в 2-метоксифенильном фрагменте спиртов и природы нитрила на характер образующихся продуктов. Обнаружено, что реакции 1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексан-1-ола с PhCN и бензонитрилами, содержащими электроноакцепторные или электронодонорные группы в пара- или мета-положениях к нитрильной группе в условиях катализа H2SO4 приводят к получению смесей частично гидрированных спиро[циклогексан-1,3'-индол]-2,4-диен-6-онов и N-1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексил)бензамидов с преобладанием последних. Орто-замещенные бензонитрилы реагируют с данным спиртом с образованием N-1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексил)бензамидов. Показано, что реакции 1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексан-1-ола с 4-метокси- и 3,4,5-триметоксифенилацетонирилами и фенилацетонитрилом приводят к получению смесей спиро[циклогексан-1,3'-индол]-2,4-диен-6-онов и N-1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексил)арилацетамидов. В тоже время в результате реакции с участием 3,4-диметоксифенилацетонитрила реализуется диастереоселективный домино-процесс, который включает внутримолекулярную электрофильную ипсо-деароматизацию по реакции Риттера и внутримолекулярный нуклеофильный перехват спиро-σ-интермедиата по атому C6'' 3,4-диметоксифенильным фрагментом, что приводит к образованию частично гидрированного дибензо[b,d]карбазол-4,10-диона. Установлено, что в случае взаимодействия 1-метил-2-(4,5-диметил-2-метоксифенил)циклогексан-1-ола с 4-бромбензонитрилом или 3,4-диметоксифенилацетонитрилом, образующийся в результате электрофильной ипсо-циклизации спиро-σ-комлекс стабилизируется за счет депротонирования метильной группы при атоме С4'', что приводит к образованию производных 4-метилен-3a',4',5',6',7',7a'-гексагидроспиро[циклогексан-1,3'-индол]-2,5-диена. Аналогичные реакции с 1-метил-2-(2-метоксифенил)циклогексан-1-олом дают сложные смеси продуктов, идентифицировать которые не удалось. Разработан диастереоселективный метод синтеза частично гидрированных ксантено[9,8a-b]индолов на основе кислотно-катализируемой домино-реакции 1-алкил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексан-1-олов и 2-гидроксибензонитрилов, включающей внутримолекулярную электрофильную ипсо-деароматизацию по реакции Риттера и внутримолекулярный нуклеофильный перехват спиро-σ-интермедиата фенольной гидроксильной группой по атому С2''. Аналогичная реакция с участием 2-гидрокси-1-нафтонитрила приводит к получению частично гидрированного бензо[d]нафто[1,8-ab]карбазол-4-она, образование которого происходит в результате нуклеофильного присоединения нафтильного фрагмента по атому С6'' спиро-σ-интермедиата. Разработан диастереоселективный метод синтеза частично гидрированных пиридо[4,3,2-gh]фенантридинов, конденсированных с тиофеновым или пиразольными фрагментами, на основе кислотно-катализируемой домино-реакции 1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексан-1-ола с 2-аминотиофен- и 2-амино-4,5,6,7-тетрагидробензо[b]тиофен-3-карбонитрилами и 5-амино-1H-пиразол-4-карбонитрилом, включающей внутримолекулярную электрофильную ипсо-деароматизация по реакции Риттера, внутримолекулярный нуклеофильный перехват спиро-σ-интермедиата аминогруппой по атому С2'' и ароматизацию посредством 1,2-алкильного сдвига. Показано, что реакции 1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклогексан-1-ола с арилтиоцианатами в условиях катализа H2SO4 в результате внутримолекулярной электрофильной ипсо-деароматизации по реакции Риттера приводят к диастероселективному образованию частично гидрированных спиро[циклогексан-1,3'-индол]-2,4-диен-6-онов. Разработан метод синтеза 1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклопентан-1-ола и 1-метил-2-(1-метоксинафтален-1-ил)-1-ола. Найдено, что 1-метил-2-(1-метоксинафтален-2-ил)циклогексан-1-ол реагируют с арил-, бензил- и алкилтиоцианами в условиях катализа H2SO4 с образованием как продуктов внутримолекулярной электрофильной ипсо-деароматизации – частично гидрированных спиро[индол-3,2'-нафталинен]-1'-онов, так и бензо[j]фенантридинов, которые являются результатом орто-циклизации нитрилиевого иона. Установлено, что в результате конденсации 2-(1-метоксинафтален-2-ил)циклогексан-1-ола с 2-аминобензонитрилами в CF3SO3H реализуется домино-последовательность “внутримолекулярная электрофильная ипсо-деароматизация по реакции Риттера/внутримолекулярный нуклеофильный перехват спиро-σ-интермедиата амино группой по положению С2''/ароматизация посредством 1,2-алкильного сдвига”, которая приводит к диастереоселективному образованию частично гидрированных бензо[c]хинолино[2,3,4-mn]акридинов. Показано, что 1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклопентан-1-ол является подходящим субстратом как для электрофильной ипсо-деароматизации на основе реакции Риттера, так и реализации домино-процесса “внутримолекулярная электрофильная ипсо-деароматизация/внутримолекулярный нуклеофильный перехват спиро-σ-интермедиата аминогруппой по положению С2''/ароматизация посредством 1,2-алкильного сдвига”. Так, в результате взаимодействия 1-метил-2-(5-метил-2-метоксифенил)циклопентан-1-ола с этилтиоцианатом был получен спиро[циклогексан-1,3'-циклопента[b]пиррол]-2,4-диен-6-он, а в случае взаимодействия с 2-амино-5-нитробензонитрилом –циклопента[5,6]пиридо[4,3,2-kl]акридин. Показано, что некоторые из синтезированных хинолино[4,3,2-kl]акридинов (синтезированы на первом этапе выполнения проекта, 2024 год) проявляют высокую высокую антибактериальную активность в отношении штаммов S. epidermidis ATCC 29887 и M. smegmatis mc2 155. Получены оптические и электрохимические характеристики хинолино[4,3,2-kl]акридинов (синтезированы на первом этапе выполнения проекта, 2024 год), различающихся характером заместителя в положении С11 акридинового цикла (NO2, OMe и H). Установлены закономерности влияния данных заместителей на положение граничных орбиталей, оптическую и электрохимическую ширину запрещённой зоны и величины стоксовых сдвигов исследуемых хинолино[4,3,2-kl]акридинов..
Публикации
1. Рожкова Ю.С., Пегушина А.С., Сторожева Т.С., Горбунов А.А., Майорова О.А., Шкляев Ю.В. Внутримолекулярная электрофильная деароматизация в синтезе гидрированных спироиндоленинов Техническая химия. От теории к практике: сбор. тез. докл. VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 300-летию Российской академии наук (Пермь, 9 - 13 сентября, 2024 г.) / ред. Г.В. Чернова, «Институт технической химии УрО РАН» – филиал ПФИЦ УрО РАН. – Пермь, 2024. – 180 с., С. 159 (год публикации - 2024)
2.
Рожкова Ю.С., Пегушина А.С., Морозов В.В., Шкляев Ю.В.
Dearomative electrophilic spirocyclization via the intramolecular Ritter reaction: Diastereoselective access to hydrogenated spiroindolenines
Tetrahedron Letters, Tetrahedron Letters 155 (2025) 155423 (год публикации - 2024)
10.1016/j.tetlet.2024.155423