Разработка новых методов селективной функционализации связей С-Н и С-С гетероциклопентадиенов в условиях металлокомплексного катализа

Гетероциклопентадиены, фуран, тиофен, пиррол, С-Н активация, С-С активация, металлокомплексный катализ. Реферат - Изучение реакций арилирования производных гетероциклопентадиенов (фуран, тиофен, пиррол) арилгалогенидами и их суррогатами при катализе соединениями Ru, Pd, Ni и др. металлов. - Изучение реакций алкилирования производных гетероциклопентадиенов (фуран, тиофен, пиррол) алкилгалогенидами, алкенами и др. при катализе соединениями Ru, Pd, Ni и др. металлов. - Изучение реакций арилирования, производных гетероциклопентадиенов (фуран, тиофен, пиррол) в условиях фотоиндуцируемого катализа соединениями Ru, Pd, Ni и др. металлов. - Изучение реакций алкилирования, производных гетероциклопентадиенов (фуран, тиофен, пиррол) в условиях фотоиндуцируемого катализа соединениями Ru, Pd, Ni и др. металлов. - Комплексное сравнение каталитических систем для реакций арилирования и алкилирования гетероциклопентадиенов, определение ключевых особенностей и закономерностей протекания реакций. Выбор наиболее оптимальных катализаторов. Разработка методов селективного синтеза арил- и алкил производных гетероциклопентадиенов с активацией СН или С-С связей. Достигнуты следующие наиболее важные результаты: • Проведено комплексное сравнение каталитических систем для реакций арилирования и алкилирования гетероциклопентадиенов, определены наиболее оптимальные типы каталитических систем и арилирующие или алкилирующие агенты. • Показано, что наиболее оптимальными катализаторами для проведения реакции С(3)-Н арилирования иминов гетероциклопентадиенов являются Ru(II)-катализаторы, а арилирующий агент-арилбромиды. При этом реакция может протекать по двум принципиально различным механизмам в зависимости от типа гетероцикла. Так, если для фурановых производных реакция протекает с хорошим выходом 3-арилпроизводных исключительно при использовании NHC-лиганда (IMes), то для иминов тиофенового и пиррольного ряда активность показывает как добавка карбоксилатного солиганда, так и NHC. В случае реакции в присутствии NHC-лиганда предложен принципиально новый кооперативный Ru/NHC-NHC катализ. • Показано, что наиболее подходящими катализаторами для проведения реакции С(3)-Н арилирования фуран-, тиофен-, пиррол-2-карбонилимидазолов арилгалогенидами в присутствии соединений Ru, Pd, Ni являются Ru(II)-катализаторы. Карбоксилатные лиганды оказались наиболее активными среди всех изученных типов лигандов. Стоит отметить, что в реакцию вступали все типы исследуемых субстратов с достаточно хорошими выходами. • Определено, что наиболее подходящими катализаторами для проведения реакции С(3)-Н алкилирования фуран-, тиофен-, пиррол-2-карбонилимидазолов производными алкенами и алкилгалоенидами в присутствии соединений Ru, Pd, Ni являются Ru(II)-катализаторы. Реакция не требует сложных лигандов и протекает и использованием ацетата калия в качестве добавки. Исследовано влияние типа гетероядра и структуры алкилирующего агента на выход продукта алкилирования. • В реакции С(5)-Н алкилирования иминов ряда фурфурола, тиофен-2-карбальдегида и N-метил-пиррол-2-карбальдегида алкенами различного строения в присутствии соединений никеля и NHC-пролигандов иминовый фрагмент выступает в качестве защитной группы и позволяет проводить реакции алкилирования с получением С-5-алкилированных альдегидов гетероциклопентадиенов. Фурановые производные демонстрировали большую активность • Показано, что в реакции С(5)-Н алкилирования гетероциклических систем, в том числе аннелированных производных фурана тиофена и пиррола, алкенами различного строения в присутствии соединений Pd, Ni и Ru наиболее оптимальным катализатором является комплекс NiCl2Py2 в присутствии NHC-пролиганда IMes·HCl. Преимущества разработанного подхода заключаются в доступности компонентов каталитической системы, отсутствии необходимости применения специальных восстановителей Ni(II) до Ni(0) и упрощении процедуры синтеза. • Обнаружено, что реакции арилирования гетероциклопентадиенов присутствии соединений Ru, Pd, Ni под действием света различной длины волны (360-550нм). что исследованные реакции не протекают без нагревания под действием видимого света в широком диапазоне условий реакции (катализаторы, лиганды, доавбки растворители и т.д.). Хотя на данном этапе возможность использования фотоиндуцируемого металлокомплексного катализа для С-Н или С-С арилирования показана не была, исследования этих реакций в будущем будут продолжены • Показано, что реакция алкилирования производных гетероциклопентадиенов алкилгалогенидами и алкенами в условиях фотоиндуцируемого катализа соединениями Ru, Pd, Ni и др. металлов протекает в положение 5 гетероядра в присутствии фосфионовых комплексов палладия при использовании третичных алкилгалогенидов в качестве алкилирующих агентов. Определена зависимость реакционной способности типа гетероцикла: фурановые производные наиболее активны в этих реакциях, тогда как производные тиофена проявляют меньшую активность, а пиррольные производные практически не вступают в реакцию. Определено влияние типа алкилирующего агента и показано, что использование алкенов не позволяет получить соответствующее алкилпроизводное. Показано, что добавление фотокатализатра 4-CzIPN позволяет значительно снизить загрузку палладия, а также вводить в реакцию малоактивные производные пиррола, а также бензофуран, бензтиофен и индол, не вступавшие в эту реакцию. • Разработан новый метод получения 3-арилпроизводных иминов ряда фурфурола, тиофен- и пиррол-2-карбальдегидов на основе Ru/NHC катализируемой реакции С(3)-Н арилирования соответствующих субстратов арилбромидами. Был получен широкий ряд С(3)-арилпроизводных, в том числе на основе галогенарилсодержащих лекарственных препаратов. Показана возможность последующей трансформации полученных иминов в альдегиды и амины, представляющие интерес в качестве реагентов для органического синтеза. • Разработан новый метод получения С(3)-Н алкил и арилпроизводных фуран-, тиофен-, и пиррол-2-карбоновых кислот на основе реакции селективного С(3)-Н арилирования и алкилирования фуран-, тиофен-, пиррол-2-карбонил-2-карбонилазолов в условиях рутениевого катализа путем кватернизации имидазольного фрагмента продуктов арилирования и последующим взаимодействием полученных солей с нуклеофилами. С использованием разработанного метода синтезирован широкий ряд ранее недоступных (тио)эфиров, амидов, карбоновых кислот, гидразидов, альфа-нитрокетонов гетероциклопентадиенов. Синтезированные соединения представляют интерес в качестве реагентов для органического синтеза, а также как новые мономеры. • Разработан метод С(3)-Н функционализации фуранового, тиофенового и пиррольного ядра 2-гетарилперимидинов на основе Ru/RCOO- катализируемой реакции арилирования и алкилирования соответствующих субстратов арилбромидами и производными акриловой кислоты. Разработанный подход является первым примером функционализации 2-гетарильного фрагмента перимидинов. Синтезирован и охарактеризован ряд ранее неописанных арил- и алкилпроизводных.