Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Подпроект 1. Пери-дилитийнафталины и их конденсированные аналоги в синтезе 1-аминобензоизохинолинов. Было обнаружено образование 1-амино-1,3-диарил-1Н-бензо[де]изохинолинов при взаимодействии пери-дилитийнафталинов с нитрилами. Мы полагаем, что обнаруженная гетероциклизация облегчается близким расположением иминогрупп в первоначально образовавшихся дииминах. Так, согласно квантово-химическим расчетам, расстояния C...N в исходных дииминах составляют 3.5–2.9 Å. Продукты, содержащие трет-бутильные группы в положениях 1 и 3, подвергаются спонтанному [1,5]-сигматропному сдвигу, приводящему к образованию 1-амино-3,4-ди-трет-бутил-4Н-бензо[де]изохинолинов с ароматизацией гетероциклического фрагмента. 1,3-диарилбензо[де]изохинолины, несущие диметиламиногруппы в положениях 6 и 7, достигают ароматичности гетероциклического фрагмента путем элиминирования NH2 группы и образования карбокатионов, стабилизированных сильным +M-эффектом двух диметиламиногрупп. Оптимизированная геометрия показывает увеличение межазотное расстояния с 2.9 до 3.9 Å, сопровождающееся планаризацией обеих групп NMe2. Таким образом, лучшее сопряжение электронодонорных групп стабилизирует катионный центр. Восемь примеров трех различных типов бензо[де]изохинолинов были получены с умеренными выходами. Результаты работы по этому подпроекту были представлены на конференции: 6-й Северо-Кавказский симпозиум по органической химии, 18-22 апреля 2022, г. Ставрополь (докладчик Антонов А.С.) Подпроект 2. DOM-эффект в стерически затрудненных пара-диметиламинопиридинах, хинолинах и акридинах. На основании квантово-химических расчетов было продемонстрировано, что введение триметилсилильной группы к атому азота 4-диметиламинопиридина и 4-диметиламинохинолина приводит к «обращению» реакционной способности этих соединений: вместе положением 2 наиболее привлекательным для нуклеофильной атаки становится положение 4. Было найдено, что за счет сопряжение аза-группы с диметиламино группой последняя практически лишена электронной плотности не способна проявлять DOM-эффект. Никаких признаком металлирования связи С3-Н в реальном эксперименте обнаружено не было. В ходе реакции с н-, втор- и трет-бутиллитием были полученные стабильные 2-замещенные дигидропиридиниевые соли. Удивительная стабильность последних объяснена протонированием. Образование продуктов присоединения к положению 2 в стерически затрудненном N-триметилсили-4-диметиламинопиридине объяснено через предварительное образование продуктов присоединения к положению 4, претерпевающих изомеризацию в термодинамически более стабильные продукты присоединения к положению 2. Результаты работы по этому подпроекту были представлены на трех конференциях: 1) International Student Conference «Science and Progress», 9-11 ноября 2021, г. Санкт Петербург (докладчик Верхов В.А.) 2) Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2022», 11-22 апреля 2022, г. Москва (докладчик Верхов В.А.) 3) 6-й Северо-Кавказский симпозиум по органической химии, 18-22 апреля 2022, г. Ставрополь (докладчик Антонов А.С.) Подпроект 3. Промотируемая литийорганическими реагентами трансформация орто(пери)-триметилсилированных 2-трифторацетил-N,N-диметиланилинов, нафталинов и антраценов в поликонденсированные пирролы. В отчетном году мы планировали получить 2-триметилсилил-6-трифторацетил-4-фтор-N,N-диметиланилин и исследовать его взаимодействия с сильными литийорганическими основаниями. Мы успешно провели метиллирование алкилирование коммерчески доступного 2,6-дибром-4-фтор-анилина диметилсульфатом, однако, полученный продукт при реакции с литийорганическими реагентами давал сложную смесь продуктов в широком диапазоне условий. Мы полагаем, что наличие атома фтора в молекуле существенно подкисляет соседние С-Н связи активируя субстрат к образованию аринов, что и приводит к усложнению реакционной массы (так называемый «галогенный танец»). Использование магнийорганических соединений приводит к образованию целевого соединения лишь в следовых количествах. Таким образом нам пришлось отказаться от идеи использования 2,6-дибром-4-фтор-N,N-диметиланилина для целей этого проекта. Подходящий 2,6-диброманилина нам удалось получить при бромировании стрептоцида и последующих десульфировании и метилировании. Полученный дибромид был успешно превращен в целевой 2-бром-6-триметилсилил-N,N-диметиланилин последовательной обработкой н-бутиллитием и триметилсилитрифлатом. Попытка трансформации полученного соединения в ключевой для задач данного проекта 2-трифторацетил-6-триметилсилил-N,N-диметиланилин не увенчалась успехом по причине образования устойчивого ковалентного гидрата целевого соединения. Подпроект 4. Пери-тетралитийнафталины в синтезе полиядерных азадиборинов. В рамках подготовки к выполнению основных задач данного подпроекта мы провели исследование факторов, влияющих на порядок замещения галогена в 2,4,5,7-тратрабром-1,8-бис(диметиламино)нафталине. Было установлено, что последовательность обмена брома на литий в 2,4,5,7-тетрабромо-1,8-бис(диметиламино)нафталине контролируется сочетанием стерической деформации нафталинового кольца, стабильности металлоциклов и распределения отрицательного заряда. Первый обмен приводит к 4-литийпроизводному, обеспечивая значительное снижение твистинга нафталинового кольца. Второй обмен приводит к образованию смеси 2,4- и 4,5-дилитийпроизводных. Эти два литийнафталина имеют наименьшую стерическую деформацию среди возможных изомеров и характеризуются равномерным распределением отрицательного заряда между конденсированными бензольными кольцами. Третий обмен дает смесь 2,4,5- и 2,4,7-трилитийпроизводных, имеющих сходную геометрию и распределение заряда и, таким образом, сравнимую термодинамическую стабильность. Четвертый и последний обмен также возможен в присутствии избытка n-BuLi, несмотря на значительную "перегрузку" нафталинового ядра отрицательным зарядом. Возможность 2,4,5,7-тетралитио-1,8-бис(диметиламино)нафталина была использована для одномоментного синтеза некоторых 2,4,5,7-тетразамещенных нафталиновых протонных губок с приемлемыми выходами. Результаты работы над данным подпроектом опубликованы в журнале Organometallics (Q1): Yakubenko, A.A., Karpov, V.V., Tupikina E. Yu., Antonov, A. S. (2021): «Lithiation of 2,4,5,7-tetrabromo-1,8-bis(dimethylamino)naphthalene: peculiarities of directing groups' effects and the possibility of polymetallation». Organometallics, 40, 3627. И доложены на конференции: 6-й Северо-Кавказский симпозиум по органической химии, 18-22 апреля 2022, г. Ставрополь (докладчик Якубенко А.А.) Подпроект 5. Структурные исследования используемых литийорганических реагентов и реакционных интермедиатов с их участием. В рамках данного подпроекта были рассмотрены основные аспекты расчетов констант спин-спинового взаимодействия 1JCLi с высокой точностью и разумными вычислительными затратами. В качестве модельных систем были рассмотрены мономер и димер фениллития, мономер втор-бутиллития, мономеры 1- и 2-литийнафталинов и тетрамер метиллития. Предложена схема расчета константы спин-спинового взаимодействия 1JCLi с точностью 2 Гц. В частности, для повышения точности расчета рекомендуется: (1) явно учитывать влияние молекул растворителя и/или координационных добавок в первой координационной сфере лития; (2) неявно учитывать влияние растворителя с применением модели PCM и при оптимизации геометрии, и при расчете параметров ЯМР; (3) использовать один из следующих функционалов WP04, LSDA, PBEPBE, B3PW91 и TPSSTPSS; (4) использовать один из следующих базисных наборов 6-311+G, def2-TZVP, cc-pVTZ, aug-pcseg-1, aug-pcsSeg-1, aug-pcJ-0 и pcJ-1. По результатам реализации подпроекта подготовлена и отправлена в редакцию журнала Magnetic Resonance in Chemistry (Q2) статья, которая к моменту написания настоящего отчета находится на рецензии.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Установлено, что при последовательной обработке пери-дибромнафталинов (или пери-дийоднафталинов) одним эквивалентом н-бутиллития и одним эквивалентом органического цианида происходит образование бензо[cd]индолов с умеренными выходами. Реакция была протестирована на широком спектре различных нитрилов и двух типах нафталинов и продемонстрировала хорошую толерантность к функциональным группам. В итоге удалось получить и выделить 20 представителей семейства бензо[cd]индолов, содержащих ароматические, гетероароматические и алифатические заместители в положении 3. Успешно реализовано селективное литиирование 4-диметиламинопиридина в положение 3 с использованием трет-бутиллития. С использованием этого простого метода получено семь 3-замещенных-4-диметиламинопиридина с хорошим выходом. Установлено, что введение триметилсилильного заместителя к пиридиновому атому азота 4-диметиламинопиридина значительно увеличивает СН-кислотность положений 2 и 3 и стерически затрудняет атаку по С2-Н связи, что позволяет реализовывать селективное литиирование связи С3-Н с использованием ЛДА. Оптимизирована методика синтеза 4-диметиламинохинолина. Продемонстрировано, что поведение 4-диметиламинохинолина в реакциях с литийорганическими реагентами значительно отличается 4-диметиламинопиридина: 4-диметиламинохинолин преимущественно вступает в реакции нуклеофильного присоединения и не образует устойчивых к окислению дигидрохинолиниевых солей. Исследован литий-галогенный обмен в стерически затрудненных орто-бром-N,N-диметиланилинах. Установлено, что увеличение размера заместителя в положении 6 приводит к возрастанию стерического экранирования атаки литийорганического реагента на атом брома в положении 2, что приводит к значительному затруднению литий-галогенного обмена. Введение триметилсилильного заместила приводит к инверсии диметиламиногруппы и максимально затрудняет обмен. Образующийся в результате обмена в этом субстрате литийанилин не способен к самоассоциации, что приводит к неожиданному возрастанию основности, не характерному для фениллитиев. Этот стерически затрудненный литийанилин успешно применен для синтеза метил 2-(диметиламино)-3-(триметилсилил)бензоата. Продемонстрировано, что реакция последнего с сильным литийорганическим основанием приводит к замыканию пиррольного гетероцикла и образованию производного бензо[g]индола в качестве единственного продукта, со 100% конверсией и хорошим выходом. Обнаружен первый случай эффективной конкуренции сопряжения алкиламиногруппы с ароматической системой против насыщения координационной сферы атома лития. Проявление этого эффекта существенно влияет на региоселективность литий-галогенного обмена в 4,6,7,9-тетрабромо-1,3-диметил-2,3-дигидро-1H-перимидине, а также на структуру литиированных продуктов. Первый обмен не является селективным и приводит к образованию обоих возможных продуктов. В то время как 6-литийпроизводное стабилизируется за счет снижения стерической напряженности и координации атома лития бромом, образованию 4-литийпроизводного способствует резкое повышение эффективности сопряжения алкиламино группы с нафталиновым ядром. Селективность второго обмена контролируется сочетанием вышеупомянутого эффекта сопряжения, координации группы NMe к атому лития, стерической деформации и эффективного распределения заряда. На третий обмен в основном влияет эффективное сопряжение обоих атомов азота с ароматическим ядром, в результате чего единственным продуктом является 4-бром-6,7,9-трилитийпроизводное. В большинстве случаев эффективное сопряжение перевешивает тенденцию аминогруппы к координации с соседним атомом лития. В результате продукт четверного обмена - 4,6,7,9-тетралитио-1,3-диметил-2,3-дигидро-1Н-перимидин - продемонстрировал отсутствие тенденции к участию NMe групп в насыщении координационной сферы соседних атомов лития. Проведена оптимизация геометрии и расчет константан спин-спинового взаимодействия 1JCLi для 68 комплексов литийорганических соединений, содержащих металлоциклы. Установлено, что образование малых (трех- и четырехчленных) циклов приводит к значительному снижению 1JCLi. Так для большиснтва малых циклов типичными являются значения 1JCLi = 20-30 Гц, в то время как ненапряженные (пяти-, шести- и семичленные циклы) характеризуются более высокими значениями 1JCLi = 30-45 Гц. Данное явление открывает возможность определения образования малых металлоциклов по величинам констант 1JCLi.