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 19-13-00039

НазваниеФункционализированные гетероциклические синтетические блоки с ортогональной и домино реакционной способностью как основа новой методологии синтеза полигетероциклов

РуководительХлебников Александр Феодосиевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2021 г. 

Конкурс№35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые словаорганический синтез, катализ органических реакций, циклизации, напряженные циклы, гетероциклы, азирины, азиридины, изоксазолы, пирролы, диазосоединения, азиды

Код ГРНТИ31.21.27


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Развитие технологий диктует необходимость получения новых полигетероциклических соединений для создания перспективных материалов, лекарств, химических сенсоров, средств визуализации биологических процессов, органических полупроводников, производительных преобразователей энергии и т.д. В частности полигетероароматические соединения играют исключительную роль в развитии постсиликоновой электроники. С другой стороны, большинство лекарственных средств, применяемых в современной медицине, являются функционализированными конденсированными гетероциклами или ансамблями нескольких гетероциклов. Все это определяет необходимость развития методологий синтеза полигетероциклических соединений, обладающих заданными свойствами. Относительно новое направление развития стратегий гетероциклического синтеза базируется на использовании синтетических блоков, позволяющих реализовывать как ортогональные, так и домино варианты химических превращений. Использование ортогональной реакционной способности составляет основу стратегий, позволяющих не использовать защитные группы. Применение таких стратегий в гетероциклическом синтезе в большинстве своем относится к «клик реакциям» азидов, ведущим к 1,2,3-триазоам, тогда как в других областях этот подход реализован в существенно меньшей степени, хотя интерес к нему, судя по увеличению числа публикаций, растет. Задачей проекта является разработка эффективных каталитических (включая эстафетный мультикатализ) и радикальных методов синтеза полигетероциклических соединений (включая новые ансамбли гетероциклов и гетерополициклические скелеты) на основе оригинальных синтетических блоков, состоящих из нескольких структурных единиц, позволяющих реализовывать как ортогональные, так и домино варианты химических превращений. Реакционная способность разрабатываемых гетероциклических синтетических блоков определяется напряжением малого гетероцикла (азирин, азиридин), присутствием активных функциональных групп (диазо, азидная, α-LG-ацетильная и др.) и лабильных связей (N-O). Планируется реализовать рациональное сочетание функциональных групп и структурных элементов в блоке для направленного генерирования активных интермедиатов (функционализированных карбенов, металлокарбеноидов, NHC, нитренов, металлонитреноидов, радикалов, диполей, гетерополиенов…) и их селективного реагирования на определенной синтетической стадии с помощью подобранного специфического катализатора/инициатора. Запланировано проведение теоретической оценки реакционной способности разрабатываемых синтетических блоков (методами квантовой химии, DFT) для поиска новых вариантов сборки полигетероциклов, выбора оптимальных реакционных партнеров для реализации селективного реагирования, а также выяснения механизмов реакций. Найденные закономерности, принципы сборки, факторы, определяющие реакционную способность исследуемых молекул и активность катализаторов, лягут в основу новой методологии органического синтеза, с помощью которой будут получены новые ансамбли гетероциклов и гетерополициклические скелеты c полезными свойствами.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут разработаны эффективные методы синтеза полигетероциклических соединений (включая новые ансамбли гетероциклов и гетерополициклические скелеты) на основе оригинальных синтетических блоков, состоящих из нескольких структурных единиц, позволяющих осуществлять как ортогональные, так и домино варианты химических превращений. В разрабатываемых оригинальных синтетических блоках будет реализовано рациональное сочетание функциональных групп и структурных элементов для направленного генерирования активных интермедиатов и их селективного реагирования на определенной синтетической стадии с помощью подобранного специфического катализатора/инициатора. Опубликование результатов коллектива, которые являются заделом для реализации данного проекта, в журнале первого квартиля (Journal of Organic Chemistry, 2018) свидетельствует о высоком научном уровне предлагаемого исследования. Методологически цели и задачи проекта находится в русле развития современного органического синтеза: разработка эффективных методологий направленного синтеза функционализированных органических соединений с необычными сочетаниями структурных элементов, обеспечивающими заданные химические, физико-химические и биологические свойства. Разработанные в результате реализации проекта стратегии синтеза, методы и подходы позволят получить широкий круг новых полигетероциклических соединений (включая новые классы соединений и ансамблей), имеющих высокий потенциал применения в качестве биологически активных веществ, люминофоров для биоимиджинга и химических сенсоров, флуоресцентных лигандов для металлокомплексов, металлокомплексных катализаторов, органических полупроводников. Найденные новые закономерности, принципы сборки гетероциклов, факторы, определяющие реакционную способность напряженных молекул, активность катализаторов, подходы к получению водорастворимых органических соединений и другие результаты могут быть использованы химиками, работающими в медицинской химии и химии прогрессивных материалов. Реализация новых синтезов с помощью домино и однореакторных последовательных процессов позволит осуществлять получение целевых соединений с меньшими затратами и экологически более безопасно.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
- (Диазоацетил)-2Н-азирины были получены простой процедурой из 2Н-азирин-2-карбонилхлоридов и диазометана и с высоким выходом превращены в 2-(диазоацетил) пирролы с помощью Со(acac)3-катализируемой реакции с различными 1,3-дикарбонильными соединениями. Ранее неизвестное использовние катализатора на основе Co(III) для аннелирования азиринов с 1,3-дикарбонильными соединениями позволило сохранить диазоацетильную функцию даже в MeCN. Катализируемая Cu(OTf)2 внутримолекулярная реакция ароматического замещения 2-(диазоацетил)пирролов приводит к селективному образованию новых бензо[е]- и гетеро[е]-конденсированных индол-7-олов с хорошими выходами. Формилирование бензо[е]индол-4-олов дает 5-формильные производные, которые, в свою очередь, являются хорошими предшественниками необычных пирролсодержащих саленовых лигандов и их Ni-комплексов. Бензо[е]индол-4-олы были превращены в соответствующие трифлаты с высокими выходами. Последние, используя реакции сочетания Suzuki, Sonogashira и Stille, были превращены в различные 4-замещенные бензо[е]индолы, содержащие арильную, 2-тиенильную, 2-пиридильную и алкинильную группы с превосходным выходом. Реакция 4-(2-пиридил)бензо[е]индолов с BF3*Et2O/Et3N позволила получить новый тип флуоресцентных комплексов бора с высокими стоксовыми сдвигами. Результаты этой работы были опубликованы в J. Org. Chem. 2019, 84, 10388-10401, DOI: 10.1021/acs.joc.9b01573; https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.joc.9b01573. - Разработан диастереоселективный синтез водорастворимых соединений фуллеренов, содержащих фармакофорный пирролофуллерен-2',5'-дикарбоксилатый фрагмент. Стереоконтроль конфигурации продукта достигается за счет стереоспецифичности двух последовательных согласованных реакций: электроциклического раскрытия азиридинового цикла с последующим 1,3-диполярным циклоприсоединением полученного азометин-илида. Растворимость в воде (до 20 мкМ за счет прямого растворения) обеспечивается путем введения полиэтиленгликолевого (ПЭГ) гидрофильного фрагмента. Структура и молекулярно-массовое распределение полученного ПЕГ-модифицированного фуллеропирролидина полностью охарактеризованы с помощью 1Н, 13С ЯМР и HRMS. Согласно данным абсорбционной спектроскопии, AFM и DLS, синтезированное соединение имеет тенденцию к агрегации в водных средах с образованием ассоциатов радиусом ок.4–9 нм, окруженных сольватной оболочкой, в результате чего эффективный гидродинамический диаметр составляет ок. 90 нм. Ввиду заметной растворимости в воде, четко определенной химической структуры и сходства с соединениями, обладающими известной анти-ВИЧ-активностью, синтезированный ПЕГ-модифицированный диэтил транс-пирролофуллерен-2',5'-дикарбоксилат может быть привлекательным кандидатом для исследования биологической активности. Результаты этой работы были опубликованы в . Org. Biomol. Chem. 2019, 17, 9864-9873; DOI: 10.1039/c9ob01949a; https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ob/c9ob01949a#!divAbstract. - Метил 5-амино-1Н-пирроло-3-карбоксилаты были синтезированы из 4-цианометил-5-метоксиизоксазолов с хорошими выходами с помощью опосредованной Мо(СО)6 домино последовательности восстановительного раскрытия цикла/рециклизации. 4-Метилинизоксазол-5(4H)-оны подвергаются ранее неизвестному присоединению HCN по Михаэлю давая 4-(цианометил)изоксазол-5(4H)-оны. O-Метилированные производные 4-(цианометил)изоксазол-5(4H)-онов реагируют с Мо(СО)6/H2O с образованием метил 3-амино-2-(цианометил)акрилатов, продуктов восстановительного раскрытия цикла. Кроме того, при катализе с помощью Мо(СО)6 они подвергаются домино превращению в целевые α-аминопирролы с незамещенным пиррольным азотом и NH2-группой. Альфа-аминопирролы реагируют с бинуклеофильными 1,3-дикетонами с образованием метилпирроло[1,2-а]пиримидин-7-карбоксилатов. Метил 5-амино-1Н-пирроло-3-карбоксилаты реакции с NaNO2/AcOH также можно легко превратить в метил 2-диазо-2Н-пиррол-4-карбоксилаты. 2-диазо-2Н-пирролы подвергаются как внутримолекулярному, так и межмолекулярному азосочетанию с образованием 3Н-пирроло [2,3-с]циннолина или азокрасителя, а также триазенового производного пиррола. Пирролсодержащие продукты внедрения карбена в связи СН и ОН были получены УФ-облучением растворов 2-диазо-2Н-пирролов в подходящем растворителе. Результаты этой работы были опубликованы в J. Org. Chem. 2019, 84, 11275-11285, DOI: 10.1021/acs.joc.9b01634; https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.joc.9b01634. - Для выяснения механизма изомеризации 4-ацил-5-метокси/5-аминоизоксазолов и объяснения влияния заместителей в исходном изоксазольном ядре и условий реакции на исход изомеризации были выполнены DFT расчеты. Было обнаружено, что 2-формил-2-(метоксикарбонил)-замещенные азирины, образующиеся из 4-формил-5-метоксиизоксазолов, имеют достаточно низкий барьер расщепления связи С-С азирина, чтобы раскрытие азиринового кольца в нитрил-илид происходило уже в диоксане при 105 град C. Далее нитрил-илид подвергается быстрой 1,5-циклизации в производное оксазола. Расщепление азириновой CC-связи в 2-алканоил/ароил-2-(метоксикарбонил)- и 2-формил-2-((R2амино)карбонил))-замещенных азиринах приводит к более стерически загруженным нитрил-илидам, что и является причиной намного более высоких барьеров для их образования по сравнению с каталитическим разрывом связи CN, приводящим к изоксазол-4-карбоксилатам. Однако эти высокие барьеры преодолеваются при 170 град C в некаталитических условиях, и при этом образуются оксазолы. Результаты расчетов были опубликованы в статье в J. Org. Chem. 2019, 84, Publication Date:October 28, 2019, DOI: 10.1021/acs.joc.9b02536; https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.joc.9b02536.

 

Публикации

1. Бодунов В.А., Галенко Е.Е., Сахаров П.А., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. Selective Cu-Catalyzed Intramolecular Annulation of 3-Aryl/Heteryl-2-(diazoacetyl)-1H-pyrroles: Synthesis of Benzo/Furo/Thieno[e]-Fused 1H-Indol-7-oles and Their Transformations. Journal of Organic Chemistry, Vol. 84, P. 10388-10401 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1021/acs.joc.9b01573

2. Галенко Е.Е., Линник С.А., Хорошилова О.В.,Новиков М.С., Хлебников А.Ф. Isoxazole Strategy for the Synthesis of α-Aminopyrrole Derivatives. Journal of Organic Chemistry, Vol. 84, P. 11275-11285 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1021/acs.joc.9b01634

3. Казакова А.В., Конев А.С., Зорин И.М., Пошехонов В.А., Коржиков-Влах В.А., Хлебников А.Ф. PEG-modified aziridines for stereoselective synthesis of water-soluble fulleropyrrolidines. Organic and Biomolecular Chemistry, Vol. 17, pp. 9864–9873 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1039/c9ob01949a

4. Серебрянникова А.В., Галенко Е.Е., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. Synthesis of Isoxazole- and Oxazole-4-carboxylic Acids Derivatives by Controlled Isoxazole-Azirine-Isoxazole/Oxazole Isomerization. Journal of Organic Chemistry, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1021/acs.joc.9b02536

5. Хлебников А.Ф. ИЗОКСАЗОЛ-АЗИРИНОВАЯ ИЗОМЕРИЗАЦИЯ – ЭФФЕКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО СИНТЕЗА. XXI Менделевский съезд, сборник тезисов, 1 том. 1 секция. Стр. 99 (год публикации - 2019)

6. Хлебников А.Ф. Carbenoids and Nitrenoids in Azirine Chemistry: Some Recent Findings. XIIth International Mini-Symposium: Advances in the Chemistry of Carbenes - Synthesis,Structure and Applications, Abstracts. Poland, Lodz., - (год публикации - 2019)


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Разработан однореакторный метод получения 2H-азирин-2-карбонилбензотриазолов, образующихся при взаимодействии бензотриазола с 2H-азирин-2-карбонилхлоридами, которые были получены Fe(II)-катализируемой изомеризацией 5-хлоризоксазолов. Катализируемая Co(II) реакция 2H-азирин-2-карбонилбензотриазолов с 1,3-дикетонами дает 2-((бензотриазол-1-ил) карбонил)пирролы с выходами от умеренных до хороших. Аннелирование 2-((бензотриазол-1-ил)карбонил) пирролов с альдегидами при использовании DABCO в качестве основания в ТГФ при 70 °C или кетонами при использовании K2CO3 в DMSO при комнатной температуре дает 3,5,6,7-замещенные пирроло[1,2-c]оксазол-1(3H)оны с выходами 53-91%. Пирроло[1,2-c]оксазол, незамещенный в положении 3, был получен с выходом 74% при использовании параформальдегида. В реакцию можно вводить алифатические, ароматические и ненасыщенные альдегиды. Аннелирование 2-((бензотриазол-1-ил)карбонил)пирролов с изоцианатами, промотируемое DABCO, дает 2,5,6,7-замещенные пирроло[1,2-c]имидазол-1,3(2H)дионы. с выходами 67-93% в ТГФ при 70 °C. Использование в реакции триметилсилилизоцианата позволяет получать незамещеннный в положении 2 1H-пирроло[1,2-c]имидазол-1,3(2H)дион с выходом 63% в результате удаления триметилсилильной группы в условиях реакции. Аннелирование 2-((бензотриазол-1-ил)карбонил)пирролов изотиоцианатами происходит в более жестких условиях (нагревание с Et3N при 130 °C) с образованием 2,5,6,7-замещенного 3-тиоксо-2,3-дигидро-1H-пирроло[1,2-c]имидазол-1-онов с выходами 44-59%. Удаление или модификация 6-ацильной группы расширяет диапазон доступности пирроло-конденсированных O- и N-гетероциклов: реакция с трифторметансульфокислотой позволяет получать 6-незамещенный пирроло[1,2-c]оксазол-1(3H)он и пирроло[1,2-c]имидазол-1,3(2H)дион, тогда как реакция с POCl3/пиридином превращает 6-ацетильный заместитель в пирроло[1,2-c]имидазол-1,3(2H)дион в 6-этинильный заместитель. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Galenko E. E., Shakirova F. M., Bodunov V. A., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. 1-(2H-Azirine-2-carbonyl)benzotriazoles: building blocks for the synthesis of pyrrole-containing heterocycles. Org. Biomol. Chem. 2020, 18, 2283–2296, DOI: 10.1039/D0OB00206B, https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ob/d0ob00206b/unauth#!divAbstract. Разработан синтетический метод получения 2H-азирин-2-карбонилазидов с высоким выходом путем взаимодействия азида натрия с 2H-азирин-2-карбонилхлоридами, полученными Fe(II)-катализируемой изомеризацией 5-хлоризоксазолов. Попытки получить 2-амино-2H-азирины перегруппировкой Курциуса 2-(азидокарбонил)-2H-азиринов в различных условиях не увенчались успехом. Однако 2-(азидокарбонил)-1H-пирролы, полученные катализируемой Ni(II) реакцией 2-(азидокарбонил)-2H-азиринов с 1,3-дикетонами, легко подвергаются перегруппировке Курциуса в кипящем tBuOH с образованием Boc-защищенных α-аминопирролов с высоким выходом. Boc-защита может быть снята с помощью TFA. Кратковременное нагревание 3-арил-2-(азидокарбонил)-1H-пирролов в о-дихлорбензоле при 150 °C приводит к образованию с высоким выходом замещенных 3H-пирроло[2,3-c]изохинолин-5(4H)онов посредством [6π]-электроциклизации изоцианатов, генерируемых перегруппировкой Курциуса. Циклизация с участием активированных 3-метоксифенильных, фурильных и тиенильных групп происходит уже при 82 °C. Разнообразные 1,2,7,8-замещенные 3H-пирроло[2,3-c]изохинолин-5(4H)оны и их бензо[g] и гетероаналоги могут быть получены таким образом из соответствующих 2-(азидокарбонил)-2H-азиринов. Катализируемые Pd реакции кросс-сочетания 1-ацетил-2-метил-3H-пирроло[2,3-c]изохинолин-5-илтрифлата, легко получаемого из соответствующего пирролоизохинолона, приводит к различным 5-замещенным 3H-пирроло[2,3-c]изохинолинам с отличными выходами. Результаты выполненного экспериментального исследования, а также DFT расчетов были опубликованы: Funt L. D., Krivolapova Yu. V., Khoroshilova O. V., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. 2H-Azirine-2-carbonyl Azides: Preparation and Use as N-Heterocyclic Building Blocks. J. Org. Chem. 2020, 85, 4182-4194, DOI: 10.1021/acs.joc.9b03367, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.joc.9b03367. Разработан диастереоселективный синтезе ПЭГилированных имидазолидинов, оксазолидинов, тиазолидинов, пирроло[3,4-c]пирролов и фуллеропирролидинов с высокими выходами. Было обнаружено, что 1,3-диполярное циклоприсоединение азометин-илидов, генерируемое термическим раскрытием цикла ПЭГилированных азиридинов, к кетениминам, кетенам, тиокетонам, малеимидам, DMAD и фуллерену C60 протекает в различных условиях. Использование C=O, C=N и C=S диполярофилов требует более жестких условий реакции по сравнению с C=C и CC диполярофилами для подавления побочной реакции «димеризации» азиридина. Стереоконтроль конфигурации продукта достигается за счет стереоспецифичности двух последовательных согласованных реакций: электроциклического раскрытия азиридинового кольца с последующим 1,3-диполярным циклоприсоединением образующегося азометин-илида: только транс-аддукты образуются из цис-азиридинов, тогда как транс-азиридины дают исключительно цис-аддукты. Структура и молекулярно-массовое распределение образующихся ПЭГ-илированных гетероциклов исчерпывающе охарактеризованы с помощью 1Н, 13С ЯМР, ИК и HRMS. Результаты выполненного исследования опубликованы: Kazakova A. V., Rubicheva L. G., Konev A. S., Khlebnikov A. F. Stereoselective synthesis of PEGylated azoles via 1,3-dipolar cycloaddition. Tetrahedron 2020, 131774, DOI: 10.1016/j.tet.2020.131774, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0040402020310097?via%3Dihub. Разработан метод переэтерификации сложноэфирных групп в диалкил азиридин дикарбоксилатах путем электрофильной активации карбонильной группы в присутствии ацетата магния с сохранением азиридинового кольца и продемонстрировано применение модифицированных дикарбоксилатов азиридина в синтезе стерически загруженных фуллеренов C60, 2',5'-дизамещенных производных фуллеропирролидина. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Kazakova A. V., Androsov D. V., Konev A. S., Khlebnikov A. F. Magnesium acetate – an effective electrophilic activator of the carbonyl group in transesterification of dialkylaziridine dicarboxylates. Chem. Heterocycl. Compd. 2020, 56, 875–880, DOI: 10.1007/s10593-020-02744-y, https://link.springer.com/article/10.1007/s10593-020-02744-y. Написана обзорная статья, в которой проанализированы последние достижения в использовании илидов пиридиния в гетероциклическом синтезе. В обзоре рассмотрены последние варианты использования пиридиниевых илидов в синтезе разнообразных гетероциклов. Из представленного анализа следует, что применение илидов пиридиния наиболее актуально для получения конденсированных и спиросочлененных производных пиррола. Кроме того, илиды пиридиния часто служат удобными предшественниками для получения некоторых замещенных неконденсированных пирролов, фуранов, циклопропанов и полигетероциклов. В последние годы все более широкое распространение получают синтетические подходы, предполагающие образование предшественников илидов (с последующим образованием илидов пиридиния) и их партнеров в реакции, ведущей к гетероциклической системе, в условиях многокомпонентных процессов, которые расширяют возможности гетероциклического синтеза. Хотя за последнее десятилетие в химии илидов пиридиния был достигнут значительный прогресс, область применения разработанных синтетических методов все еще довольно ограничена. Нет сомнений в том, что применение новых синтетических подходов, включающих различные типы катализа, позволит в ближайшем будущем реализовать эффективные синтезы биологически активных гетероциклов и соединений представляющих интерес для химии материалов. Обзор опубликован: Funt L. D., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. New applications of pyridinium ylides toward heterocyclic synthesis. Tetrahedron 2020, 76, 131415; DOI: 10.1016/j.tet.2020.131415; https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040402020305822?via%3Dihub.

 

Публикации

1. Галенко Е. Е., Шакирова Ф. М., Бодунов В. А., Новиков М. С., Хлебников А. Ф. 1-(2H-Azirine-2-carbonyl)benzotriazoles: building blocks for the synthesis of pyrrole-containing heterocycles. Organic and Biomolecular Chemistry, Vol. 18, pp. 2283–2296 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1039/D0OB00206B

2. Казакова А. В., Андросов Д. В., Конев А. С., Хлебников А. Ф. Magnesium acetate – an effective electrophilic activator of the carbonyl group in transesterification of dialkylaziridine dicarboxylates Chemistry of Heterocyclic Compounds, 6(7), 875–880 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/s10593-020-02744-y

3. Казакова А. В., Рубичева Л. Г., Конев А. С., Хлебников А. Ф. Stereoselective synthesis of PEGylated azoles via 1,3-dipolar cycloaddition. Tetrahedron, 131774 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.tet.2020.131774

4. Фунт Л. Д., Криволапова Ю. В., Хорошилова О. В., Новиков М. С., Хлебников А. Ф. 2H-Azirine-2-carbonyl Azides: Preparation and Use as N-Heterocyclic Building Blocks. The Journal of Organic Chemistry, Vol. 85, pp. 4182-4194 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1021/acs.joc.9b03367

5. Фунт Л. Д., Новиков М. С., Хлебников А. Ф. New applications of pyridinium ylides toward heterocyclic synthesis Tetrahedron, Vol. 76, 131415 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.tet.2020.131415


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Разработан новый метод получения алкил 5-амино-4-циано-1H-пиррол-2-карбоксилатов, высоко функционализированных строительных блоков для синтеза азагетероциклов, межмолекулярным трансаннелированием 5-алкоксиизоксазолов с малононитрилом при катализе Fe(II). Вероятный механизм образования пирролов в разработанном атом-экономном домино процессе был предложен на основании результатов расчетов методом DFT B3LYP-D3/6-311+G (d,p). Разработан метод получения производных 1H-пирроло[1,2-a]имидазола аннелированием алкил 5-амино-4-циано-1H-пиррол-2-карбоксилатов с фенацилбромидами. Реакция алкил 5-амино-4-циано-1H-пиррол-2-карбоксилатов с формамидом позволила получить ранее неизвестные алкил-5-арил-7H-пирроло [2,3-d]пиримидин-6-карбоксилаты. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Agafonova A. V., Funt L. D., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. An isoxazole strategy for the synthesis of alkyl 5-amino-4-cyano-1H-pyrrole-2-carboxylates – versatile building blocks for assembling pyrrolo-fused heterocycles. Org. Biomol. Chem. 2021, 19, 1976-1984, DOI: 10.1039/d1ob00053e, https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ob/d1ob00053e#!divAbstract. Разработан новый четырех-стадийный квази-однореакторный метод получения полностью замещенных никотинатов из енаминов кетонов и 4-метилиденизоксазол-5-онов. Последовательность реакций включает (1) реакцию 4-метилиденизоксазол-5-онов с енаминами кетонов с образованием изоксазол-5-олов, (2) их O-метилирование диазометаном, (3) восстановительное расщепление связи O-N 5-метоксиизоксазолов при действии Mo(CO)6/H2O и одновременную изомеризацию и конденсацию образующихся енаминов с образованием дигидропиридинов, (4) ароматизацию последних. Разработанная последовательность была также использована для получения 5,6,7,8-тетрагидрохинолинов, пропуская стадию О-метилирования. В этом случае промежуточный изоксазол-5-ол подвергается восстановительному расщеплению связи O-N при действии Mo(CO)6/H2O и декарбоксилированию с последующей изомеризацией промежуточного енамина и конденсацией. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Galenko, E. E.; Kryukova, M. A.; Novikov, M. S.; Khlebnikov, A. F. An Isoxazole Strategy for the Synthesis of Fully Substituted Nicotinates. J. Org. Chem. 2021, 86, 6888–6896, DOI: 10.1021/acs.joc.1c00286, https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.joc.1c00286. Разработан новый метод получения 2-(циклогептатриенилкарбонил)-2H-азиринов реакцией 2-(диазоацетил)-2H-азиринов с бензолом при катализе Rh2(tfa)4, которая протекает с сохранением азиринового фрагмента и дает целевые продукты с выходом 34-53%. 2-(Циклогептатриенилкарбонил)-2H-азирины далее были превращены в 5- (циклогепта-2,4,6-триен-1-ил) изоксазолы с выходом 77-88% и α-(циклогепта-2,4,6-триен -1-илкарбонил)-1H-пирролы с выходом 23-91%. 1H и 13C ЯМР и расчеты методом DFT на уровне теории B3LYP-D3/6-311+G(d,p) с сольватационной моделью SMD для CHCl3 показали, что валентная изомеризация циклогептатриен-норкарадиен в синтезированных производных азиринов, изоксазолов и пирролов происходит очень быстро при комнатной температуре и циклогептатриеновый изомер преобладает в азиринах и пирролах, тогда как 5-(циклогепта-2,4,6-триен-1-ил)изоксазолы являются чистыми производными циклогептатриена при 25 ° C в растворе хлороформа. Рентгеноструктурным анализом монокристаллов установлено, что два синтезированных производных пиррола кристаллизуются как норкарадиеновые изомеры из раствора равновесной смеси валентных изомеров. Восстановительное раскрытие изоксазольного цикла с использованием восстановительной системы Mo(CO)6/H2O дает изомерно чистые (Z)-3-амино-3-арил-1-(циклогепта-2,4,6-триен-1-ил)проп-2-ен-1-оны с выходами 45-58%. α-(Циклогептатриенилкарбонил)-1H-пирролы могут быть превращены в соответствующие α-(бензилкарбонил)-1H-пирролы только при кооперативном катализе TFA/Rh2(TFA)4. Синтезированные 2-(циклогептатриенилкарбонил)-2H-азирины, очевидно, могут быть использованы для получения также других циклогептатриен-содержащих азотных гетероциклов с использованием ряда известных методов расширения 2H-азиринового цикла. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Galenko E. E., Bodunov V. A., Kryukova M. A., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. Buchner Reaction/Azirine Modification Approach Toward Cycloheptatriene Containing Nitrogen Heterocyclic Scaffolds. J. Org. Chem. 2021, 86, 4098–4111, DOI: 10.1021/acs.joc.0c02928, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.joc.0c02928). Разработан новый атом-экономный метод получения замещенных 4H-пирроло[2,3-d]оксазолов термической изомеризацией 5-(2H-азирин-2-ил)оксазолов. Последние были получены реакцией 2-(3-арил / гетероарил)-2-диазоацетил-2H-азиринов, катализируемой Rh2(oct)4, с рядом замещенных ацетонитрилов и бензонитрилов, а также акрилонитрилом и фумаронитрилом. Согласно расчетам DFT, выполненных на уровне теории DFT B3LYP-D3/6-311+G(d,p) с сольватационной SMD моделью для мезитилена, превращение 5-(2H-азирин-2-ил)оксазолов в 4H-пирроло[2,3-d]оксазолы происходит через нитреноидоподобное переходное состояние с образованием 3aH-пирроло[2,3-d]оксазольных интермедиатов с последующим 1,5-H-сдвигом. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Zanakhov T.O., Galenko E.E., Kryukova M.A., Novikov M.S., Khlebnikov A.F. Isomerization of 5-(2H-Azirin-2-yl)oxazoles: An Atom-Economic Approach to 4H-Pyrrolo[2,3-d]oxazoles. Molecules 2021, 26, 1881, DOI: 10.3390/molecules26071881, https://www.mdpi.com/1420-3049/26/7/1881. Обнаружена необычная перегруппировка 2H-азирин-2-карбонилазидов в производные 2-(1H-тетразол-1-ил)уксусной кислоты при взаимодействии с O- и S-нуклеофилами при комнатной температуре. Было установлено, что перегруппировка катализируется третичными аминами и гидразоевой кислотой. Показано, что реакция 2H-азирин-2-карбонилазидов с метанолом может протекать без основного катализа с образованием метил 2-(1H-тетразол-1-ил)ацетатов, тогда как реакция с EtOH, CF3CH2OH и BnOH протекает с приемлемой скоростью только в присутствие Et3N. Фенолы реагируют в аналогичных условиях, давая, как правило, хорошие выходы соответствующих ариловых эфиров 2-(1H-тетразол-1-ил)уксусной кислоты. Тиофенолы реагируют с 2H-азирин-2-карбонилазидами с образованием ранее неизвестных S-ариловых эфиров 2-(5-арил-1H-тетразол-1-ил)тиоуксусной кислоты с умеренным выходом. Вероятный механизм нуклеофил-индуцированной перегруппировки 2H-азирин-2-карбонилазидов был предложен на основе расчетов методом DFT, выполненных на уровне теории DFT B3LYP-D3/6-311+G(d,p) с сольватационной SMD моделью, и кинетических экспериментов. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Efimenko N. I., Tomashenko O. A., Spiridonova D. V., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. Nucleophile-Induced Rearrangement of 2H-Azirine-2-carbonyl Azides to 2-(1H-Tetrazol-1-yl)acetic Acid Derivatives. Org. Lett. 2021, 23, 6362–6366, DOI: 10.1021/acs.orglett.1c02157, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.orglett.1c02157. Разработан метод синтеза водорастворимых α-аминопирролов, хлоридов 1-(2-амино-1H-пиррол-3-ил)пиридиния, реакцией хлорида 1-(цианометил)пиридиния с алкил 3-арил-2H-азирин-2-карбоксилатами. Полученные α-аминопирролы легко реагируют с изоцианатами, образуя водорастворимые N-(пиррол-2-ил)-замещенные мочевины с хорошими выходами. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Galenko E. E., Kaminskiy N. A., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. Synthesis of Water-Soluble α-Aminopyrroles, 1-(2-Amino-1H-pyrrol-3-yl)pyridinium Chlorides. Russ. J. Gen. Chem. 2021, 91, 1424-1428, DOI: 10.1134/S1070363221070239, https://link.springer.com/article/10.1134%2FS1070363221070239. Изучена селективность термической реакции Бюхнера метил 2-(3-арилизоксазол-5-ил)-2-диазоацетатов с бензолом, нафталином и мезитиленом. Реакция изоксазолилзамещенных диазоацетатов с бензолом дает смесь изомерных аддуктов циклогептатриен/норкарадиен, которые находятся в быстром равновесии. Нагревание тех же диазосоединений с нафталином приводило исключительно к стабильным норкарадиеновым аддуктам. Напротив, их термическая реакция с мезитиленом давала только продукты внедрения карбена по связи C-H мезитилена. Согласно расчетам DFT, выполненных на уровне теории DFT B3LYP-D3/6-311+G(d,p) с сольватационной SMD моделью, такое различие в селективности продукта термической реакции Бюхнера диазоацетатов с бензолом, нафталином и мезитиленом связано с тем, что первые две реакции протекают при кинетическом контроле, а последняя - при термодинамическом. Синтезированные изоксазолы были превращены в новое семейство функционализированных енаминонов, (Z)-метил-5-амино-2,5-диарил-3-оксо-2-фенилпент-4-еноаты, путем взаимодействия с гидрогенизирующим Mo(CO)6/H2O реагентом, где Mo(CO)6 катализирует также ретро-реакции Бюхнера норкарадиенового фрагмента исходных соединений. Полученные енаминоны являются удобными предшественниками 3,6-диарил-4-гидрокси-3-фенилпиридин-2(1H)-онов, которые были получены из них в термических условиях с высокими выходами. Результаты выполненного исследования были опубликованы: Serebryannikova A. V., Galenko E. E., Novikov M. S., Khlebnikov A. F. Product selectivity of thermal Buchner reaction of methyl 2-(3-arylisoxazol-5-yl)-2-diazoacetates with benzene, naphthalene and mesitylene, and ring-opening/closing reaction of products. Tetrahedron 2021, 77, 132153, DOI: 10.1016/j.tet.2021.132153, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0040402021003392?via%3Dihub).

 

Публикации

1. Агафонова А.В., Фунт Л.Д., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. An isoxazole strategy for the synthesis of alkyl 5-amino-4-cyano-1H-pyrrole-2-carboxylates – versatile building blocks for assembling pyrrolo-fused heterocycles. Organic & Biomolecular Chemistry, Vol. 19, P. 1976-1984 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1039/d1ob00053e

2. Галенко Е.Е., Бодунов В.А., Крюкова М.А., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. Buchner Reaction/Azirine Modification Approach Toward Cycloheptatriene Containing Nitrogen Heterocyclic Scaffolds. The Journal of Organic Chemistry, N 5, Vol. 86, P. 4098–4111 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1021/acs.joc.0c02928

3. Галенко Е.Е., Каминский Н.А., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. Synthesis of Water-Soluble α-Aminopyrroles, 1-(2-Amino-1H-pyrrol-3-yl)pyridinium Chlorides. Russian Journal of General Chemistry, No. 7, Vol. 91, pp. 1143–1148 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1134/S1070363221070239

4. Галенко Е.Е., Крюкова М.А., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. An Isoxazole Strategy for the Synthesis of Fully Substituted Nicotinates. The Journal of Organic Chemistry, N 9, Vol. 86, P. 6888-6896 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1021/acs.joc.1c00286

5. Ефименко Н.И., Томашенко О.А., Спиридонова Д.В., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. Nucleophile-Induced Rearrangement of 2H-Azirine-2-carbonyl Azides to 2-(1H-Tetrazol-1-yl)acetic Acid Derivatives. Organic Letters, N 16, Vol. 23, P. 6362−6366 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1021/acs.orglett.1c02157

6. Занахов Т.О., Галенко Е.Е., Крюкова М.А., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. Isomerization of 5-(2H-Azirin-2-yl)oxazoles: An Atom-Economic Approach to 4H-Pyrrolo[2,3-d]oxazoles. Molecules, Vol. 26, P. 1881 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/molecules26071881

7. Серебрянникова А.В., Галенко Е.Е., Новиков М.С., Хлебников А.Ф. Product selectivity of thermal Buchner reaction of methyl 2-(3-arylisoxazol-5-yl)-2-diazoacetates with benzene, naphthalene and mesitylene, and ring-opening/closing reaction of products. Tetrahedron, Vol. 88, p. 132153 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.tet.2021.132153

8. Галенко Е.Е., Серебрянникова А.В., Хлебников А.Ф. PRODUCT SELECTIVITY OF THERMAL BUCHNER REACTION OF METHYL 2-(3-ARYLISOXAZOL-5-YL)-2- DIAZOACETATES WITH BENZENE, NAPHTHALENE AND MESITYLENE, AND RING-OPENING/CLOSING REACTION OF PRODUCTS VI International Symposium "The Chemistry of Diazo Compounds and Related Systems" - Book of Abstracts (St Petersburg, September 06-10, 2021), p. 50 (год публикации - 2021)

9. Каминский Н.А., Галенко Е.Е., Хлебников А.Ф. REACTIONS OF METHYL 2-DIAZO-2H-PYRROLE-4-CARBOXYLATES AND ENAMINES VI International Symposium "The Chemistry of Diazo Compounds and Related Systems" - Book of Abstracts (St Petersburg, September 06-10, 2021), p. 58 (год публикации - 2021)

10. Хлебников А.Ф. DIAZO-FUNCTIONALIZED REACTIVE HETEROCYCLES: VERSATILE TOOLS IN SYNTHESIS VI International Symposium "The Chemistry of Diazo Compounds and Related Systems" - Book of Abstracts (St Petersburg, September 06-10, 2021), p. 18 (год публикации - 2021)

11. - Зачем необходимы новые молекулы рассказал профессор СПбГУ Александр Хлебников НОВОСТИ СПБГУ, - (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
не очевидно