Купрокаталітичне хлоро(бромо, тіоціанато)арилювання похідних пропену

Abstract

Дисертація присвячена дослідженню реакцій купрокаталітичного аніонарилювання функціоналізованих похідних пропену. Об’єктом дослідження є доступні ненасичені сполуки – 2-метил-3-хлоропропен, 3-хлоропропен, транс-4-хлоро-2-бутен, 3-хлоро-1-бутен, 3-бутен-1-нітрил (алілціанід) і 3-бутен-2-нітрил (кротононітрил). Вивчено вплив кількості каталізатора, полярності реакційного середовища, нуклеофільності введеного аніона, співвідношення реагентів, порядку їх введення на проходження основної реакції – аніонарилювання і побічної – утворення галогено- і тіоціанато(ізотіоціанато)аренів. Встановлено, що ефективність, введених в реакційне середовище нуклеофілів зростає в ряду SCN > Br > Cl. Показано, що найефективнішим арилюючим реагентом в класичних умовах реакції аніонарилювання похідних пропену є 1-арил-3,3-диметил-1-триазени. Тетрафлуороборати арилдіазонію є ефективнішими в даному плані ніж галогеніди. Введення алкільних груп у різні положення алільного фрагменту не впливає на регіоселективність вивчених реакцій і прояв амбідентності тіоціанатної групи в основній реакції. На прикладі 3-хлоро-1-бутену і 3-бутен-2-нітрилу методом ЯМР 1Н встановлено, що продукти аніонарилювання утворюються у вигляді суміші діастереомерів, в якій співвідношення еритро- і трео-ізомерів складає 2-2.5:1. Результати квантово-хімічних розрахунків підтвердили, що важливим фактом підвищення реакційної здатності похідних пропену є спряження кратного зв’язку з електроноакцепторними групами. Вперше на прикладі хлоро(бромо, тіоціанато)арилювання 2-метил-3-хлоропропену встановлено матеріальний баланс цих реакцій. Розроблено препаративні методики одержання продуктів хлоро(бромо, тіоціанато)арилювання вказаних ненасичених сполук. Досліджено антибактеріальні і антигрибкові властивості синтезованих сполук, встановлено зв’язок між їх структурою і антимікробною активністю. Найбільш активними виявились продукти бромо- і тіоціанатоарилювання 3-хлоро-1-бутену і транс-4-хлоро-2-бутену. Диссертация посвящена исследованию реакций купрокаталитического анионарилирования функционализированых производных пропена. Объектом исследования являются весьма доступные непредельные соединения - 2-метил-3-хлорпропен, 3-хлорпропен, транс-4-хлор-2-бутен, 3-хлор-1-бутен, 3-бутен-1-нитрил (аллилцианид) и 3-бутен-2-нитрил (кротононитрил). В качестве анионоидных реагентов испытаны хлориды, бромиды и тиоцианаты калия. Установлено, что эффективность вводимых в реакционную среду нуклеофилов возрастает в ряду SCN > Br > Cl. На примере взаимодействия тетрафторобората фенилдиазония с 2-метил-3-хлоропропеном в присутствии тиоцианата калия исследовано влияние природы растворителя, соотношения реагентов и количества катализатора на протекание реакции тиоцианатоарилирования замещённых пропенов. Установлено, что небольшой избыток исходного непредельного соединения содействует росту выхода целевого продукта. Избыток арилирующего и анионоидного реагентов повышает степень конверсии непредельного соединения с одновременным увеличением выхода тио- и изотиоцианатобензолов. Найдено, что наиболее оптимальным для проведения тиоцианатоарилирования 2-метил-3-хлоропропена есть соотношение реагентов – соль диазония : непредельное соединение : тиоцианат калия – 1:1.2:1. Для установленного оптимального соотношения реагентов и системы растворителей изучено влияние количества катализатора на выход целевого продукта тиоцианатоарилирования. Показано, что наличие катализатора есть обязательным условием прохождения реакции, а оптимальное количество солей меди составляет 0.15 моль на 1 моль диазосоединения. Увеличение количества катализатора содействует протеканию реакции Гаттермана-Зандмейера о чём свидетельствуют выходы побочных продуктов. Впервые на примере хлор(бром, тиоцианато)арилирования 2-метил-3-хлорпропена методом ВЭЖХ с привлечением УФ, ИК и ЯМР 1Н спектроскопии установлен материальный баланс этих реакций. Показано, что наиболее эффективным арилирующим реагентом в классических условиях реакции анионарилирования замещённых пропенов являются 1-арил-3,3-диметил-1-триазены. Тетрафторобораты арилдиазония более эффективны в этом плане по сравнению с галогенидами. Изучено влияние количеств катализатора, полярности реакционной среды, нуклеофильности вводимого аниона, соотношения и порядка введения реагентов на протекание основной реакции – анионарилирования и побочной – образования галоген- и тиоцианато(изотиоцианато)аренов. Введение алкильных групп в разные положения аллильного фрагмента не влияет на регионаправленность изученных реакций и проявление амбидентности родан-группой в основной реакции. На примере 3-хлор-1-бутена и 3-бутен-2-нитрила методом ЯМР 1Н установлено, что продукты анионарилирования образуются в виде смеси диастереомеров, в которой соотношение эритро- и трео-изомеров составляет 2-2.5 : 1. Продукты галогенарилирования бутенонитрилов есть высокореакционными соединениями и могут быть использованы как реагенты для получения α,β-непредельных карбоновых кислот и их нитрилов. Результаты квантово-химических расчетов подтвердили, что важным фактором повышения реакционной способности производных пропена в реакции анионарилирования является сопряжение кратной связи с электроноакцепторными группами. В результате систематического исследования этих реакций найдены оптимальные условия их проведения, что позволило разработать удобные препаративные методики получения продуктов хлор(бром, тиоцианато)арилирования указанных непредельных соединений. Исследованы антибактериальные и антигрибковые свойства синтезированных соединений, установлена связь между их структурой и антимикробной активностью. Найдено, что наиболее эффективными в этом плане являются жирно-ароматические бромиды и тиоцианаты на основе 3-хлор-1-бутена и транс-4-хлор-2-бутена. The dissertation is devoted to the study of copper-catalyzed anionic arylation reactions of functionalized derivatives of propene. The object of the study is easily accessible unsaturated compounds - 2-methyl-3-chloropropene, 3-chloropropene, trans-4-chloro-2-butene, 3-chloro-1-butene, 1-buten-3-nitrile (allyl cyanide) and 2-buten-3-nitrile (crotononitrile). Chlorides, bromides and potassium thiocyanates are investigated as anionic reagents. It is established that efficiency of nucleophiles entered into the reaction medium increases as follows SCN> Br> Cl. It is shown that under the classical conditions of the anionic arylation reaction of substituted propenes the most effective arylating reagents are 1-aryl-3,3-dimethyl-1-triazenes. The diazonium tetrafluoroborates are more effective compared to halides. Influence of amount of the catalyst, polarity of the reaction medium, nucleophilicity of the entered anion, a ratio of the reagents, an order of the reagent addition on the main reaction – anionic arylation and on the side reaction – formation of halogen - and thiocyanato(isothiocyanato)benzenes is studied. Presence of alkyl groups at various positions of the unsaturated compounds does not influence on regioselectivity of the studied reactions and display of ambident properties of thiocyanate group in the main reaction. Using as an example 3-chloro-1-butene and 3-butene-1-nitrile it is established by PMR spectroscopy that products of anionic arylation are formed as of a mixture of diastereoisomers with erythro : treo ratio 2-2,5: 1. Results of quantum-chemical calculations of substituted propenes have confirmed that an important factor of increasing their reactivity in the anionic arylation reactions is a conjugation of the multiple bond with electron-accepting groups. For the first time using as an example chlorine (bromine, thiocyanato)arylation of 2-methyl-3-chlorporopene by HPLC in combination with UV, IR and PMR spectroscopy the mass balance of the reactions has been found. Systematic study of the reactions has revealed the optimum conditions and allowed us to develop convenient methods for synthesis of the products of chlorine(bromine, thiocyanato) arylation of the named unsaturated compounds. Antibacterial and antifungal properties of the synthesized compounds are investigated and the relation between their structure and antimicrobial activity is established. It is found that the most effective are fat-aromatic bromides and thiocyanates prepared from 3-chloro-1-butene and a trans-4-chloro-2-butene.