Арилювання п’яти- і шестичленних гетероциклів арендіазонієвими солями та перетворення продуктів реакцій

Abstract

Наукова праця присвячена розробці нових простих методів синтезу арилпохідних різноманітних гетероциклів, зокрема таких, що виявляють практично корисні властивості. Актуальність дослідження обумовлена тим, що реакція Меєрвейна вирізняється потужним синтетичним потенціалом, але даних про застосування у ній шестичленних гетероциклів і мезойонних сполук практично немає. У ході роботи вперше досліджено взаємодію 1-метилпіридин-2-ону, 5-бромопіридин-2-ону, 1-метилхінолін-2-ону з арендіазонієвими солями в умовах купрокаталізу. Показана можливість арилювання ряду похідних піран-2-ону та піран-4-ону в умовах реакції Меєрвейна. Встановлено, що арилювання вказаних гетероциклів як і похідних 7-гідроксикумарину відбувається селективно у положення 3. Натомість при взаємодії 3-гідроксикумарину з арендіазонієвими солями утворюються 4-арилпохідні. Досліджено пірано[2,3-c]піразолон в реакції Меєрвейна і встановлено, що арилювання відбувається при використанні FeCl2 як каталізатора. Розширено межі застосування реакції Меєрвейна на деякі мезоіонні сполуки (3-арилсиднони, бензофуроксан) та з’ясовано, що арильний радикал вступає у положення 4. При взаємодії етил 4-(1Н-пірол-1-іл)бензоату з арендіазонієвими солями в умовах реакції Меєрвейна відбувається не арилювання, а азосполучення з подальшим окисненням пірольного циклу і утворенням 4-[(5Z)-2-оксо-5-(арилгідразоно)-2,5-дигідро-1H-пірол-1-іл]бензоатів. Такі ж продукти отримали двостадійним зустрічним синтезом. Деякі одержані продукти використано для подальших перетворень, зокрема в реакціях гетероциклізацій для синтезу пірилієвих та піридинієвих солей, похідних піридину та інших поліциклічних сполук. Наведено деякі приклади використання похідних 5-піридин-2-он-карбонових кислот для конструювання гібридних структур з [1,2,4]триазоло[3,4-b][1,3,4]тіадіазольним фрагментом. Показано, що 3-(4-бромфеніл)-1-метилхінолон можна використовувати у реакції крос-сполучення з арилборними кислотами за Сузукі. Окремі представники синтезованих сполук виявили значну антимікробну та протигрибкову активність. Для карбазоло-кумаринових кон’югатів, похідних 3-арил-7-гідроксикумарину та 3-арилкумарину визначені фотофізичні властивості, окреслено перспективи їхнього застосування в органічній оптоелектроніці. This scientific work is devoted to development of new methods for the synthesis of aryl substituted heterocycles and for subsequent transformations of obtained compounds. The main attention is paid to the study of heterocyclic compounds under Meerwein arylation conditions, since it is a convenient and cheap option of cross-coupling reactions. For the first time interaction of 1-methylpyridine-2-one, 5-bromopyridine-2-one, 1-methylquinolin-2-one with arenediazonium salts under the copper-catalyzed conditions was investigated. A series of pyran-2-one and pyran-4-one derivatives (isodehydracetic acid and its methyl/ethyl esters, pyran-2-one-6-carboxylic acid, 4-methyl-6-isobutenylpyran-2-one, diethyl ester of chelidonic acid) was successfully implemented in the reaction with arenediazonium salts under Meerwein arylation conditions. It was found that arylation of the mentioned heterocycles proceeds under these conditions in position 3. Coumarin as well as its 3- and 7-hydroxy derivatives was also studied in this reaction. For coumarin and 7-hydroxycoumarins arylation occurs in position 3, while 3-hydroxy coumarin gave 4-aryl derivatives. The behavior of pyrano[2,3-c]pyrazolone in the metalcatalyzed reaction with arenediazonium salts was investigated. It was found that pyranopyrazole did not undergo arylation in the presence of CuCl2, while application of FeCl2 as catalyst produce 3,4-dimethyl-5-aryl-1-phenyl-3a,7a-dihydropyrano[2,3-c]pyrazol-6(1H)-one in 28% yield. It was shown that the Meerwein reaction can be applied to some mesoionic compounds (3-arylsydnones, benzofuroxane) which undergo arylation in the 4 position. It was found that copper-catalyzed arylation of ethyl 4-(pyrrol-1-yl)benzoate with arenediazonium salts leads to formation of 4-[(5Z)-2-oxo-5-(arylhydrazono)-2,5-dihydro-1H-pyrrol-1-yl]benzoates. The same products were obtained in two stages by azo coupling reaction of starting reagents with subsequent oxidation by Cu(II) salts in organic solvents. It was found that obtained arylsubstituted heterocycles are suitable reagents for further transformations. In particular, an efficient and simple strategy for the synthesis of symmetrically and asymmetrically trisubstituted pyridines with arylfuran`s moieties via reaction of chalkones with N-phenacylpyridinium bromide was reported. On the other hand, arylsubstituted precursors were used in the heterocyclization reactions for the synthesis of pyrylium and pyridinium salts. Transfomation of 3-arylpyran-2-ones under the action of ammonium acetate into 3-arylpyridin-2-ones was investigated. 2,4-Dimethyl-6-oxo-5-aryl-1,6-dihydropyridine-3-carboxylic acids were used for construction of hybrid structures with [1,2,4]triazolo[3,4-b][1,3,4]thiadiazole fragment. It was shown that obtained 3-(4-bromophenyl)-1-methylquinolin-2(1H)-one is a convenient reagent for Suzuki coupling reaction with a boronic acids. 3-(4-Bromophenyl)-7-methoxy-2Hchromen-2-one and 3-(4-bromophenyl)-2H-chromen-2-one were investigated in Ullmann reaction with carbazole. Obtained in such way carbazole-coumarin dyes show prominent photophysical properties. For series of synthesized compounds antimicrobial and antifungal activities were tested. Separate representatives show significant antimicrobial and antifungal properties. Научная работа посвящена разработке новых простых методов синтеза арилпроизводных различных гетероциклов, которые проявляют практически полезные свойства. Актуальность исследования обусловлена тем, что реакция Меервейна отличается мощным синтетическим потенциалом, но данные о применении в ней шестичленных гетероциклов и мезоионных соединений практически отсутствуют. В ходе работы впервые исследовано взаимодействие 1-метилпиридин-2-она, 5-бромпиридин-2-она, 1-метилхинолин-2-она, производных пиран-2-она и пиран-4-она с солями арендиазония в присутствии солей меди(ІІ). Установлено, что реакция протекает с образованием 3-арилпроизводных указанных гетероциклов, так же, как и для производных 7-гидроксикумарина. В случае 3-гидроксикумарина образуются 4-арилпроизводные. Исследован пирано[2,3-c]пиразолон в реакции Меервейна и установлено, что арилирование происходит при использовании FeCl2 в качестве катализатора. Расширены границы применения реакции Меервейна на некоторые мезоионные соединения (3-арилсидноны, бензофуроксан) и установлено, что арильный радикал вступает в положение 4 гетероцикла. При взаимодействии этил 4-(1Н-пиррол-1-ил)бензоата с арендиазониевыми солями в условиях реакции Меервейна происходит азосочетание с последующим окислением пирольного цикла и образованием 4-[(5Z)-2-оксо-5(арилгидразоно)-2,5-дигидро-1H-пиррол-1-ил] бензоата. Такие же продукты получили двухстадийным встречным синтезом. Приведены примеры использования продуктов реакции Меервейна для конструирования пирилиевых и пиридиниевых солей и других полициклических структур. 3-(4-Бромфенил)-1-метилхинолон использован в реакции кросс-сочетания по Сузуки с арилборными кислотами. Отдельные синтезированные соединения проявляют значительную противомикробную и противогрибковую активность. Для карбазоло-кумариновых конъюгатов на основе производных кумарина определены фотофизические свойства, которые указывают на перспективность их использования в органической оптоэлектронике.