Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Обобщены и систематизированы данные по необратимым реакциям фотоциклизации 1,2-ди(гет)арилэтенов за последние 10-15 лет. Рассмотрены три типа тандемных превращений: фотоциклизация/окисление, фотоциклизация/элиминирование; фотоциклизация/перегруппировка (подготовлена статья к печати). Изучена фотоциклизация 4-оксазолил-3-арилфуран-2(5H)-онов, содержащих в фенильном остатке различные заместители, включая гидрокси-, метокси- и нитро-группы, а также галогены, продемонстрировавшая, что выходы фотолиза могут достигать 90%. Обсуждается влияние орто-заместителей, а также полярности растворителей на направление реакции. Эффективность процесса фотоперегруппировки практически для всех диарилэтенов была изучена с помощью 1H ЯМР мониторинга и показано, что при низких концентрациях (10-3 – 10-4M) она протекает весьма эффективно. Исследованы спектрально-кинетические характеристики исходных соединений и продуктов фотореакции, свидетельствующие о том, что электронные спектры поглощения большинства диарилэтенов в ацетонитриле характеризуются полосами длинноволнового поглощения с максимумами в области 282-290 нм, тогда как значения молярных коэффициентов экстинкции в максимумах составляют 18800-31200 М·см-1. Предложен новый синтетический протокол бензаннелирования гетероароматических соединений. Показано, что реакция носит общий характер и может быть применена для бензаннелирования широкого спектра пяти- и шестичленных гетероциклов, в том числе производных тиофена, индола, тиазола, пиридина. Важным преимуществом метода является возможность введения в целевые бензаннелированные структуры самых разнообразных функциональных групп, в том числе амидных, тиольных, амидиновых и т.д. Общим недостатком большинства фотохимических реакций является проблема масштабируемости в силу необходимости применения специального оборудования для проведения процесса. Однако исследуемая фотоперегруппировка лишена этого недостатка: процесс проводят в обычных стеклянных флаконах с мешалкой с использованием стандартной УФ-лампы (8 Вт, 365 нм) в качестве источника света. Разработан эффективный трехкомпонентный протокол синтеза дигетарилэтенов, содержащих гидрокси-группу при реакционном центре. Метод основан на конденсации ß-дикетонов, таких как 4-гидрокси-6-метил-2H-пиран-2-он, 4-гидроксикумарин, циклопентадион-1,3, димедон и др. с арилглиоксалями, приводящей к синтезу ранее неизвестных 1,2-дикетонов, которые являются удобными синтонами для получения диарилэтенов на основе производных имидазола, хиноксалина, индола, тиазола и других азотсодержащих гетероциклов. Метод обладает исключительно богатой комбинаторикой и может быть распространен, например, на синтез гидроксилсодержащих дигетарилэтенов с имидазолоновым, индольным и др. мостиками. Исследована тандемная реакция фотоциклизации/элиминирования всех типов синтезированных дигетарилэтенов с гидрокси-группой при реакционном центре, на основе которой предложен эффективный подход к синтезу полигетероароматических соединений. Продемонстрировано, что ряд не обладающих люминесценцией дигетарилэтенов с гидрокси-группой у реакционного центра и имидазолиноновым мостиком при фотоциклизации образуют флуоресцирующие продукты со значительными Стоксовыми сдвигами (до 100 нм).

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проведен сравнительный анализ по влиянию природы и заместителей в этеновом линкере на процесс 6π-электроциклизации диарилэтенов и найдено, что существенное влияние имеет сопряжение центрального винильного фрагмента гексатриеновой системы с другими непредельными группами, например карбонилом. Введение дополнительной сопряженной π-системы в фураноновый линкер или включение центральной двойной связи гексатриеновой системы в азуленовый цикл также приводит к ухудшению фотохимических характеристик. По материалам данного исследования опубликована статья (Dyes Pigm. 2020, 172, 107843) и готовится вторая статья (фотоциклизация диарилфуранонов, содержащих арилиденовый фрагмент). Изучено влияние третичных аминов на процесс фотоперегруппировки диарилэтенов, проводимых в аэробных условиях для предотвращения побочных реакций, промотируемых синглетным кислородом. Детальное исследование фотоиндуцированной перегруппировки диарилэтенов показало, что в зависимости от условий реакции, в особенности при масштабировании (в препаративных реакциях) имидазол и DABCO предотвращают образования триациламина, продукта реакции синглетного кислорода с гетероциклическим остатком диарилэтена и приводят к существенному увеличению выходов фотоциклизации. Имидазол и DABCO были тестированы в тушении синглетного кислорода в других фотохимических процессах, а именно в фотохромных переключениях диарилэтенов и спиропиранов. Показано, что исследуемые аддитивы весьма эффективны в предотвращении фотодеградации фотохромных соединений. (По материалам данного исследования опубликована статья (Photochem. Photobiol. Sci. 2019, 18, 1101). Предложена общая стратегия препаративного бензоаннелирования ароматических гетероциклов с помощью фотоциклизации 1,2-диэтарилэтенов. Она включает в себя два этапа: 1) сборку гексатриеновой системы (в данной работе: ди(гет)арилэтенов) из доступных 3-гетарилуксусных кислот и 2-бром-1-гетарилэтанонов; 2) последующую препаративную фотоперегруппировку. Этот подход эффективен для бензоаннелирования широкого спектра гетероциклов и обеспечивает введение C-, N-, O- или S-функциональных групп в полученных бензоаннелированных гетероциклах. Фотохимическая стадия представляет собой реакцию, протекающую в аэробных условиях без использования дополнительных окислителей, металлов и кислот, а также может быть легко отслежена с помощью ЯМР-спектроскопии. Предлагаемая стратегия была успешно опробирована при синтезе широкого спектра замещенных карбазолов и бензо[b]тиофенов. (По результатам данного исследования опубликована статья: Org. Biomol. Chem. 2019, 17, 4990) и защищена дипломная работа (Кавун А. М. ВХК РАН, 25.06.2019). Был предложен удобный трехкомпонентный метод синтеза дигетарилэтенов с имидазольным мостиком в качестве этенового линкера, содержащих фрагмент алломальтола конденсацией 1,2-дикетонов с альдегидами и ацетатом аммония в уксусной кислоте и изучена их фотоциклизация. Однако было найдено, что взамен 6π-электроциклизации протекает фотоперегруппировка, приводящая к образованию производных имидазо[1,5-a]пиридин-5,8-дионов. Дальнейшие исследования показали, что обнаруженная нами фотореакция не носит общего характера. Процесс протекает только при наличии сильных электроноизбыточных арильных остатков (2,3,4-триметоксифенильного или 2-тиенильного) в положении 2 имидазольного. (Более детальное описание данной части работы, в том числе экспериментальные данные приведено в диссертационной работе Мелехиной В. Г., ссылка на работу - сайт ИОХ РАН: http://zioc.ru/education/dissertations/d-00222201/2019/melexina-valeria)

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Обобщены и систематизированы как результаты собственных работ, так и литературные данные по тандемной реакции фотоциклизация/перегруппировка диарилэтенов, что позволило углубить представления о теоретических аспектах и синтетическом потенциале процесса. Одним из важных разделов этой области химии является получение поли(гетеро)ароматических соединений. Полученные сведения вносят серьезный вклад в успешное решение этой проблемы с помощью инструментария фотохимии (J. Org. Chem. 2020, 85, 14, 8749; https://doi.org/10.1021/acs.joc.0c00924). Изучены некоторые механистические аспекты фотоиндуцируемой 6π-электроциклизации диарилэтенов. Впервые продемонстрировано, что фотоиндуцируемая необратимая 6π-электроциклизации диарилэтенов может протекать по трем альтернативным направлениям, включающим радикальный путь, процесс элиминирования протона и сигматропный сдвиг. В присутствии окислителей или дополнительных источников радикалов (I2, O2, TEMPO) реакция протекает по радикальному пути с образованием фенантрена или его изостерных аналогов при полном подавлении процессов элиминирования и сигматропного сдвига. Сильное основание (DABCO) или присутствие электроноакцепторного заместителя в этеновом фрагменте (например, циклопентенон, фуранон) способствует протеканию реакции с отщеплением протона и дальнейшим раскрытием периферического кольца. В этом случае сигматропный сдвиг является конкурирующим процессом, но менее предпочтительным. Всестороннее исследование фотоиндуцированной 6π-электроциклизации диарилэтенов с самыми разнообразными заместителями и изучение механистических аспектов позволили разработать новые фотохромные соединения циклопентенонового ряда с улучшенными характеристиками, которые оказались эффективными светочувствительными компонентами перспективных органических полевых транзисторов с широкими окнами памяти и высоким коэффициентом переключения. Впервые была установлена линейная корреляция между наименьшим пороговым напряжением транзистора и энергией ионизации фотохромного соединения и продемонстрировано, что наибольший интерес для этих целей представляют диарилэтены с электронодонорными заместителями, богатые электронами и, следовательно, имеющие наименьшую энергию ионизации (совместно с ИПХФ РАН, Черноголовка, рук. работ к.х.н. Трошин П. А.). Подобные фотохромы могут рассматриваться как наиболее многообещающие кандидаты для создания транзисторов с улучшенной оптической памятью. Результаты этих исследований были опубликованы в совместной статье (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 29, 32987–32993; https://doi.org/10.1021/acsami.0c06049). В продолжение исследований по влиянию этенового линкера на процесс фотоциклизации был функционализирован фураноновый цикл и синтезирован ряд диарилэтенов, содержащих арилидензамещенные фураноны в качестве линкера. Исследование влияния заместителей в арилиденовом фрагменте на эффективность фотоперегруппировки диарилэтенов фуранонового ряда, содержащего дополнительную π-систему показало, что введение донорных групп (метокси- или диалкиламинной) приводит к предотвращению фотоциклизации и имеет место только E/Z-изомеризация. Мы предположили, что если причиной является образование дополнительной π-системы с участием центральной двойной связи гексатриенового фрагмента, то протонирование может привести к нарушению этой сопряженной системы, что в свою очередь будет способствовать фотоциклизации гексатриеновой системы. Действительно, проведение реакции в присутствии сильной трифторуксусной кислоты привело к образованию фотопродукта с выходом 70%, причем протонирование не только способствует протеканию фотоциклизации, но и предотвращает E/Z-изомеризацию, приводя к образованию единственного изомера. Положительные результаты были зафиксированы для всех диарилэтенов, содержащих диалкиламинный заместитель: целевые производные нафталина были синтезированы с хорошими выходами и с высоким содержанием Z-изомера. По материалам исследования в 2020 году защищена дипломная работа (Митина Е. А., магистратура РХТУ). Для разработки новых эффективных фотогенераторов кислот Льюиса и Бренстеда исследована широкая гамма диарилэтенов фуранового ряда, содержащих при реакционном центре в качестве заместителей атомы брома. Эти диарилэтены были тестированы в электрофильных реакциях в качестве бромирующего агента и фотокатализатора. Впервые было найдено, что при фотоциклизации диарилэтенов, содержащих при реакционном центре атом брома генерируется бром-катион, который может выступать как в качестве бромирующего агента, так и кислоты Льюиса для катализа электрофильной реакции. Изучено влияние различных факторов (температура, время реакции, природа растворителя) на процесс фотоциклизация диарилэтенов, содержащих при реакционном центре гидрокси-группу. С помощью 1H ЯМР-мониторинга продемонстрировано, что фотоциклизация с элиминированием воды протекает региоспецифично, практически при отсутствии побочных процессов. Был предложен новый подход к синтезу конденсированных 1H-пирано[4,3-b]бензофуран-1-онов, основанный на фотохимическом превращении 2,3-дизамещенных 4H-фуро[3,2-c]пиран-4-онов, легко получаемых, в свою очередь, в одну стадию из коммерчески доступных соединений. По результатам исследования опубликована статья в журнале Tetrahedron Lett., 2020, 61, 152469. Развитием данного направления явилась также разработка удобного синтетического протокола для получения 2,3-дизамещенных бензофуранов, позволившего преодолеть имевшиеся в литературе ограничения, и изучение их фотохимического поведения. Исследование фотоциклизации полученных соединений показало, что они легко подвергаются фотоиндуцированной 6π-электроциклизации с последующим отщеплением воды и образованием нафто[1,2-b]бензофуранов. Фотореакция протекает без катализатора при комнатной температуре и приводит к селективному образованию соответствующих полициклических соединений с хорошими выходами. Несомненными преимуществами предлагаемого метода являются простота выделения продукта, исключающая необходимость хроматографической очистки. По результатам исследования подготовлена статья и отправлена в печать Хим. Гетероцикл. Соед., статья принята в печать, рукопись и письмо из редакции прилагается. С целью создания светостойких аналогов комбретастатина А-4 с высокой антипролиферативной акктивностью синтезированы стильбены хиназолиного ряда и изучены их фотохимические свойства и антипролиферативная активность по отношению к клеткам эпидермоидной карциномы человека А-431. Было найдено, что E/Z-изомеризация изучаемых гетарилстильбенов сильно зависит от строения гетероциклического остатка, однако реакция изомеризации не сопровождается побочными процессами и фотостационарное состояние устанавливается после 390 мин облучения. Исследование антипролиферативной активности полученных соединений до и после облучения показало, что облучение приводит к значительному повышению активности фотопереключаемого соединения против клеток A431. Новые аналоги комбретастатина А-4 могут быть использованы для разработки инновационных терапевтических подходов к лечению эпидермоидной карциномы. По материалам этих исследований опубликовано сообщение (Ann. Oncol., 2020, 31, Suppl. 5, S1233-S1233; https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092375342042277X).