Новые функционализированные гетерополиеновые синтетические блоки для гетероциклизаций

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 проекта 17-13-01078

НазваниеНовые функционализированные гетерополиеновые синтетические блоки для гетероциклизаций

Руководитель Новиков Михаил Сергеевич, Доктор химических наук

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

Конкурс №18 - Конкурс 2017 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 слова органический синтез, механизмы реакций, гетероциклы, перициклические реакции, DFT расчеты, илиды, азирины, карбеноиды, диазосоединения

Код ГРНТИ31.21.19, 31.21.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку эффективных, легко масштабируемых, экологически безопасных и атом-экономных методов синтеза азотистых гетероциклов, перспективных для поиска новых эффективных лекарственных средств. В настоящее время решение проблемы синтеза сложных гетероциклических систем осуществляется разными способами, среди которых нельзя не упомянуть активацию различных связей (С-Н, C-N связи, связи углерод-углерод), катализируемую переходными металлами, с последующим формированием циклической системы. Еще одно направление - это каталитические трансформации высокоэнергетических гетероатомных молекул: азиринов, азиридинов, диазосоединений, диазониевых солей и некоторых циклических систем со слабыми N-N, N-O, и N-S связями. В этом проекте поиск новых путей к важным гетероциклическим системам будет осуществляться в рамках второго из упомянутых подходов. Основная цель проекта – это разработка общей методологии формирования разных по размеру, количеству и типу гетероатомов и функциональных групп азотсодержащих гетероциклических систем через циклизации гетерополиеновых структур. Базовая идея заключается в том, что некоторые синтетически легкодоступные низкомолекулярные азотсодержащие соединения, такие как азирины, азолы (оксазолы, пиразолы, 1,2,3-триазолы), содержат в себе типовой ССN структурный фрагмент (С=С-N или C-C=N), который можно использовать как конструктивную основу для построения новой гетероциклической системы с заданным размером цикла, заданным расположением гетероатомов и требуемыми функциональностями. Встраивание этого фрагмента в целевой гетероцикл осуществляется через гетерополиеноый интермедиат. Гибкость предлагаемого подхода обеспечивается широким выбором структурно разнообразных N-, N,N-, N,O- и N,N,N-полиенов, которые можно генерировать из перечисленных предшественников эффективными методами металлокомплексного катализа или карбеноид-медиируемого сочетания. Формирование конечной циклической системы определяется синтетическими возможностями каждого из гетерополиенов, которые будут подробно исследоваться с акцентом на перициклические, радикальные, нуклеофил-инициируемые и основно-катализируемые циклизации. В проекте выделены семь типов ключевых CCN-интермедиатов, которые определяют пять разных, но идеологически связанных направлений исследования: 1. Винилнитреновые комплексы (CCN-интермедиаты I) в синтезе 2Н-1,2,3-триазолов и пирролоконденсированных систем. В основе синтезов этих гетероциклов лежат новые реакции азиринов с диазониевым солями, циклическими енолами и енаминам в условиях катализа переходными металлами. 2. 2-Азабутадиены (CCN-интермедиаты II) в синтезе дигидро- и тетрагидроазет-содержащих систем через электроциклизацию. Эта часть работы включает поиск путей синтеза и функционализации дигидро- и тетрагидроазетов и исследование их химических и биологических свойств. 3. 1,4-Диазагексатриеновые интермедиаты (CCN-интермедиаты III) в синтезе производных пиразина, имидазола и азета. Интермедиаты этого типа могут быть генерированы каталитическими реакциями 1Н-1,2,3-триазолов с изоксазолами и 2Н-азиринами. 4. 1,5-Диазагексадиеновые (CCN-интермедиаты IVа) и 1,5,8-триазаоктатететреновые интермедиаты (CCN-интермедиаты V) в синтезе функциональных производных пиримидина, пиррола и пиразола. 5. 1,4-Оксазагексатриеновые интермедиаты (CCN-интермедиаты VI) в синтезах 1,4-оксазинов и пирролов. 1,4-Оксазагексатриены будут использоваться для генерирования новых 1,5-оксазагексадиеновых структур (CCN-интермедиаты IVb), ценных предшественников производных 1,3-оксазина и пиррола. Эти реакции, реализующиеся по общей схеме "CCN-субстрат - одностадийное каталитическое образование гетерополиена - циклизация", позволяют осуществить быструю сборку самых разнообразных высоко функционализированных производных азета, пиррола, оксазола, имидазола, 1,3-оксазина, 1,4-оксазина, пиримидина, пиразина, различных орто-и спироконденсированных пирролсодержащих систем. Разработка каждого из методов включают в себя а) исследование механизмов новых реакций с привлечением квантово-химических расчетов; б) изучение стереоселективности образования гетерополиена и региоселективности его 1,4,- 1,5- и 1,6-циклизаций; в) оценка возможностей синтетического использования гетерополиенов в скрытой циклической форме (дигидроазетовой, 1,3-/1,4-оксазиновой, дигидропиразиновой, дигидропиримидиновой). Разрабатываемая «гетерополиеновая методология», включающая последовательность «генерирование гетерополиена/циклизация», может стать новым эффективным инструментом формирования гетероциклического фрагмента структуры в органической молекуле.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Агафонова А.В., Сметанин И.А., Ростовский Н.В., Хлебников А.Ф., Новиков М.С. Expedient synthesis of 3-hydroxypyrroles via Bu3SnH-triggered ionic 5-exo-trig-cyclization of 5-chloro-3-azamuconoate derivatives Organic Chemistry Frontiers, N 23, Volume 5, 3396-3401 (год публикации - 2018)
10.1039/c8qo00982a

2. Коронатов А.Н., Ростовский Н.В., Хлебников А.Ф., Новиков М.С. Rh(II)-Catalyzed Ring Expansion of Pyrazoles with Diazocarbonyl Compounds as a Method for the Preparation of 1,2‑Dihydropyrimidines The Journal of Organic Chemistry, N16, Vol. 83, 9210−9219 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.joc.8b01228

3. Агафонова А.В., Ростовский Н.В., Сметанин И.А., Старова Г.Л., Хлебников А.Ф., Новиков М.С. Synthesis of 2‑(Di/tri/tetraazolyl)‑2H‑azirine-2-carboxylates by Halogen Substitution: Evidence for an SN2′‑SN2′ Cascade Mechanism The Journal of Organic Chemistry, N 21, Vol. 83, 13473-13480 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.joc.8b02295

4. Ростовский Н.В., Сметанин И.А., Агафонова А.В., Сахаров П.А., Рувинская Ю.О., Хлебников А.Ф., Новиков М.С. Facile access to 2-acyloxy-, aryloxy- and alkenyloxy-2H-azirines via an SN2’–SN2’ cascade in 2-halo-2H-azirines Organic and Biomolecular Chemistry, N17, Vol. 16, 3248-3257 (год публикации - 2018)
10.1039/c8ob00553b

5. Новиков М.С. Azapolyene strategy for the synthesis of nitrogen heterocycles ХХI Mendeleev Congress on General and Applied Chemistry, Saint Petersburg, 2019 September 9-13, Book of abstracts 1: Fundamental problems of chemical science: Abstracts, P. 86 (год публикации - 2019)

6. Сахаров П.А., Ростовский Н.В., Хлебников А.Ф., Паникоровский Т.Л., Новиков М.С. 2H‑Azirines as C−C Annulation Reagents in Cu-Catalyzed Synthesis of Furo[3,2‑c]quinolone Derivatives Organic Letters, N 10, V. 21, P. 3615-3619 (год публикации - 2019)
10.1021/acs.orglett.9b01043

7. Хлебников А.Ф., Новиков М.С., Ростовский Н.В. Advances in 2H-azirine chemistry: A seven-year update Tetrahedron, N 18, V. 75, P. 2555-2624 (год публикации - 2019)
10.1016/j.tet.2019.03.040

8. Агафонова А.В., Сметанин И.А., Ростовский Н.В., Хлебников А.Ф., Новиков М.С. Easy Access to 2-Fluoro- and 2-Iodo-2H-azirines via the Halex Reaction Synthesis (год публикации - 2019)
10.1055/s-0039-1690200

9. Голубев А.А, Агафонова А.В., Новиков М.С. Study of the reactivity of -hydroxypyrroles XI International Conference on Chemistry for Young Scientists “Mendeleev 2019” September 9-13, 2019, Book of abstracts, P. 255 (год публикации - 2019)

10. Коронатов А.Н., Новиков М.С., Ростовский Н.В. New rearrangement of 1,2-dihydropyrimidines XI International Conference on Chemistry for Young Scientists “Mendeleev 2019” September 9-13, 2019, Book of abstracts, P. 279 (год публикации - 2019)

11. Ростовский Н.В., Агафонова А.В., Сметанин И.А., Сахаров П.А., Стрельникова Ю.О., Новиков М.С. Novel synthesis of 2-halo-2H-azirines and their application in synthesis of azirine derivatives XI International Conference on Chemistry for Young Scientists “Mendeleev 2019” September 9-13, 2019, Book of abstracts, P. 332 (год публикации - 2019)

12. Стрельникова Ю.О., Ростовский Н.В., Коронатов А.Н., Новиков М.С. Rh(II)-catalized reactions of pyrazoles with 1-sulfonyl-1,2,3-triazoles XI International Conference on Chemistry for Young Scientists “Mendeleev 2019” September 9-13, 2019, Book of abstracts, P. 355 (год публикации - 2019)

13. Тюфтяков Н.Ю., Стрельникова Ю.О., Ростовский Н.В., Новиков М.С. Synthesis of pyrimidines via Rh(II)-catalyzed reaction of 1-sulfonyl-1,2,3-triazoles with isoxazoles and 2H-azirines XI International Conference on Chemistry for Young Scientists “Mendeleev 2019” September 9-13, 2019, Book of abstracts, P. 358 (год публикации - 2019)

14. Ростовский Н.В., Хайдаров А.Р., Тюфтяков Н.Ю., Стрельникова Ю.О., Новиков М.С. Новые методы синтеза азотсодержащих гетероциклов на основе 1-сульфонил-1,2,3-триазолов VIII Молодежная конференция ИОХ РАН, 22-23 мая 2019 г. - Москва; сборник тезисов докладов, с. 35 (год публикации - 2019)

15. Голубев А.А., Агафонова А.В. Исследование химических свойств производных 4-гидроксипиррол-3-карбоновых кислот XXVI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2019», секция «Химия» Москва, 8-12 апреля 2019, Сборник тезисов докладов, с. 527 (год публикации - 2019)

16. Тюфтяков Н.Ю., Стрельникова Ю.О. Синтез пиримидинов на основе Rh(II)-катализируемой реакции 1-сульфонил-1,2,3- триазолов с изоксазолами и 2Н-азиринами XXVI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2019», секция «Химия» Москва, 8-12 апреля 2019, Сборник тезисов докладов, с. 679 (год публикации - 2019)

17. Коронатов А.Н., Ростовский Н.В., Хлебников А.Ф., Новиков М.С. One-pot synthesis of 3-(pyridin-2-yl)-2,3-dihydroazetes via Rh(II)-catalyzed reaction of diazoesters with trimethylsilyl-protected 2-(pyridin-2-yl)-2H-azirines Chemistry of Heterocyclic Compounds (год публикации - 2019)

18. Новиков М.С., Ростовский Н.В., Коронатов А.Н., Завьялов К.В., Зубакин Г.В., Хлебников А.Ф., Старова Г.Л. Synthesis of 1,2-dihydropyrimidine-2-carboxylates via regioselective addition of rhodium(II) carbenoids to 2H‑azirine-2-carbaldimines Journal of Organic Chemistry (год публикации - 2017)
10.1021/acs.joc.7b02484

19. Ростовский Н.В., Агафонова А.В., Сметанин И.А., Новиков М.С., Хлебников А.Ф., Рувинская Ю.О., Старова Г.Л. Metal-catalyzed isomerization of 5-heteroatom-substituted isoxazoles as a new route to 2-halo-2H-azirines Synthesis, Vol. 28, N19, p. 4478-4488 (год публикации - 2017)
10.1055/s-0036-1590822

20. Ростовский Н.В., Новиков М.С., Хлебников А.Ф., Юфит Д.С. Two-atom azirine ring expansion reaction of methyl 2-diazo-3-(4-methoxyphenyl)-3-oxopropanoate via a dirhodium tetraacetate catalyzed Wolff rearrangement Chemistry of Heterocyclic Compounds, Vol. 53, N9, p. 985-988 (год публикации - 2017)
10.1007/s10593-017-2160-3

21. Агафонова А.В., Сметанин И.А., Ростовский Н.В., Хлебников А.Ф., Новиков М.С. Synthesis of 2-halo-2Н-azirine-2-carboxilic acid amides and esters by isomerization of 5-(dialkylamino/alkoxy)-substituted isoxazoles, catalyzed by iron(II) sulfate Chemistry of Heterocyclic Compounds (год публикации - 2017)

Публикации