КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 18-13-00186

Название2-Циано- и 2,6-дициано-4-пироны как субстраты-хамелеоны и синтетические эквиваленты 4-гидрокси-2-пиронов для направленного органического синтеза полезных продуктов

РуководительСосновских Вячеслав Яковлевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Года выполнения при поддержке РНФ2018 - 2020

КонкурсКонкурс 2018 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 слова2-Циано-4-пироны, [3+2] циклоприсоединение, гетероциклические триады, 1,3-диполи, 4-гидрокси-2-пироны, лактон триацетовой кислоты, 4-дицианометилен-4H-пираны, моно- и динуклеофилы

Код ГРНТИ31.21.27


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект посвящен химии 2-циано- и 2,6-дициано-4-пиронов, относящихся к числу малоисследованных ранее производных 4-пирона со своеобразной реакционной способностью. Эти полиэлектрофильные гетероциклы являются скрытыми 1,3,5-трикетонами и в зависимости от используемого реагента могут выступать в роли нитрила, кетона, ацилцианида или алкена, что позволяет отнести их к числу субстратов-хамелеонов, играющих важную роль в направленном органическом синтезе. Кроме того, в ряде случаев 2-циано-4-пироны проявляют себя в качестве синтетических эквивалентов 4-гидрокси-2-пиронов, что еще в большей степени повышает интерес к ним. Пробные опыты показали, что 2-циано- и 2,6-дициано-4-пироны реагируют с гидроксиламином, азидом натрия и нитрилоксидами исключительно по одной или двум цианогруппам, открывая тем самым новый путь к синтезу гетероциклических диад и триад 4-пиронового ряда. Этот результат делает возможным получение на основе пироновых триад 2,6-дигетарилпиридинов – тридентатных лигандов с широким набором азолов в положениях 2 и 6 пиридина, которые благодаря своим комплексообразующим и спектральным свойствам представляют значительный интерес для создания органических светодиодов (OLED) и элементов солнечных батарей. Взаимодействием 4-пироновых триад с аммиаком и малононитрилом будут синтезированы как симметричные, так и несимметричные 2,6-диазолилпиридины, а также аналогичным образом замещенные 2-(4H-пиран-4-илиден)малонитрилы. Взаимодействие 2-циано-4-пиронов с первичными аминами протекает селективно по атому С-2 и ведет к получению высокоактивных карбамоилированных аминоенонов, которые образуются также из 4-гидрокси-2-пиронов, в частности, из лактона триацетовой кислоты. 4-Гидрокси-6-R-2-пироны мы планируем получать из 2-циано-6-R-4-пиронов путем замещения цианогруппы на гидроксильную. Другие способы получения и химические свойства 6-замещенных 4-гидрокси-2-пиронов, включая особо активный и труднодоступный 4-гидрокси-6-трифторметил-2-пирон, также будут исследованы. Полученные из 2- и 4-пиронов карбамоилированные аминоеноны представляют самостоятельный интерес в качестве полифункциональных интермедиатов и будут использованы при разработке эффективных методов направленного органического синтеза различных азагетероциклов с заданной структурой и потенциальной биологической активностью. Настоящий проект является развитием наших работ в области 2,6- и 2,5-дизамещенных 4-пиронов, а новизна его состоит в том, что ранее неизвестные 2-циано- и 2,6-дициано-4-пироны предлагаются в качестве новых субстратов-хамелеонов для направленного органического синтеза широкого круга полезных продуктов, в том числе 2,6-диазолилпиридинов с комплексообразующими свойствами. Проект призван восполнить пробел в химии 4-пирона в отношении его цианопроизводных, а возможность реализации запланированных задач не вызывает сомнений, так как мы опираемся на серьезный научный задел и имеющиеся предварительные данные.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будут получены следующие, наиболее значимые результаты: 1) Будет разработан синтез широкого круга новых, недоступных другими методами 2-моно- и 2,6-бис-азолилзамещенных 4-пиронов, необходимых для получения пиридиновых триад с заведомо ценными комплексообразующими свойствами. В результате присоединения по одной или двум цианогруппам 2-циано- и 2,6-дициано-4-пиронов таких реагентов, как гидроксиламин, азид натрия и нитрилоксиды, будут синтезированы моно- и бис(1,2,4-оксадиазол-3-ил)-4-пироны, (тетразол-5-ил)-4-пироны и (1,3,4-оксадиазол-2-ил)-4-пироны. 2) Будет разработан синтез несимметричных бисазолил-4-пиронов и моноазолил-4-пиронов на основе 2-циано-6-Ме-4-пирона и 2-циано-6-R-4-пиронов соответственно. В результате взаимодействия с азидом натрия и нитрилоксидами будут синтезированы такие пироновые триады, как 2-(тетразол-5-ил)-6-(1,2,3-триазол-4-ил)-4-пироны и 2-(изоксазол-4-ил)-6-(1,2,4-оксадиазол-5-ил)-4-пироны. Моноазолил-4-пироны найдут применение в качестве строительных блоков для последующих превращений в пироновом ряду. 3) За счет реакций кросс-сочетания, главным образом окислительного кросс-сочетания, не требующего металлокомплексного катализа, на основе ближайших аналогов 2-циано-4-пиронов, а именно, 2-метилсульфанил- и 2-карбокси-4-пиронов, будет существенно расширен ряд пироновых диад и триад. 4) Реакцией 4-пироновых триад с аммиаком и малононитрилом будут синтезированы 2,6-дигетарилпиридины, представляющие собой тридентатные лиганды с широким набором азолов в положениях 2 и 6 пиридина, и аналогичным образом замещенные 2-(4H-пиран-4-илиден)малонитрилы. Эти новые соединения, благодаря своим комплексообразующим и спектральным свойствам, представляют большой практический интерес. Подобные гетероциклические триады не имеют аналогий в литературе, а изучение их физико-химических свойств позволит сделать вывод о возможности их применения в органических светодиодах (OLED) и в элементах солнечных батарей. 5) Будет показано, что 2-циано- и 2,6-дициано-4-пироны представляют собой новый тип субстратов-хамелеонов, поскольку они имеют несколько электрофильных центров и в зависимости от природы реагента и условий реакции селективно реагируют только по одному из них. Изменение поведения 2-циано-6-R-4-пиронов в зависимости от характера заместителя R также будет исследовано. 6) Реакцией 2-циано-6-R-4-пиронов и их синтетических эквивалентов, 4-гидрокси-6-R-2-пиронов, c первичными аминами будут синтезированы карбамоилированные аминоеноны. Эти полифункциональные интермедиаты представляют самостоятельный синтетический интерес и будут использованы в качестве новых билдинг-блоков при синтезе различных гетероциклов с потенциальной биологической активностью. В целом, в ходе выполнения проекта будут разработаны новые методы получения широкого ряда азагетероциклов и гетероциклических триад, представляющих интерес как с точки зрения их потенциальной биологической активности, так и комплексообразующих свойств. Все ожидаемые результаты соответствуют мировому уровню работ в данной области науки, а некоторые из них найдут практическое применение. Полученные данные будут опубликованы в серии статей (не менее 12) в таких международных журналах, как Chem. Heterocycl. Compd. (IF = 0.9), Tetrahedron (IF = 2.6), Org. Biomol. Chem. (IF = 3.5), J. Org. Chem. (IF = 4.8), Org. Lett. (IF = 6.6).


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1) Оптимизированы условия получения 6-метил-, 6-фенил- и 6-трифторметил-2-циано-4-пиронов, а также 2,6-дициано-4-пиронов, из эфиров 6-замещенных комановых кислот и хелидоновой кислоты через стадию образования соответствующих амидов с последующей их дегидратацией. 2) Изучено взаимодействие 2,6-дициано-4-пирона с гидроксиламином, которое в зависимости от мольного соотношения реактантов давало моно- и диамидоксимы, использованные для получения гетероциклических диад и триад, в которых 4-пироновое кольцо связано с одним или двумя 1,2,4-оксадиазольным или тетразольным фрагментами. Оксадиазольные производные получали реакцией с ангидридами карбоновых кислот, а тетразольные – при взаимодействии с азидом натрия. 3) Реакция [3+2] циклоприсоединения с участием азида натрия и 2,6-дициано-4-пирона привела к получению 2,6-ди(тетразол-5-ил)-4-пирона, в то время как с нитрилоксидами образовывались продукты циклоприсоединения только по одной цианогруппе – 6-(3-арил-1,2,4-оксадиазол-5-ил)-2-циано-4-пироны. Благодаря сохранившейся цианогруппе эти соединения послужили основой для синтеза 4-пиронов с разными гетарильными заместителями в положениях 2 и 6. 4) Используя способность тетразольного цикла трансформироваться в 1,3,4-оксадиазолы под действием ангидридов карбоновых кислот, из 2,6-ди(тетразол-5-ил)-4-пирона были синтезированы симметричные 2,6-ди(1,3,4-оксадиазол-2-ил)-4-пироны. 5) На примере реакции дитетразольного производного с аммиаком была продемонстрирована принципиальная возможность перехода от пироновых триад к пиридиновым и получен новый гетероциклический ансамбль – 2,6-ди(тетразол-5-ил)-4-гидроксипиридин, представляющий интерес в качестве перспективного хелатирующего лиганда. 6) Показано, что при взаимодействии лактона триацетовой кислоты с первичными алифатическими и ароматическими аминами образуются карбамоилированные аминоеноны, которые с ДМА-ДМФА дают 4-пиридон-3-карбоксамиды, а с гидразинами и гидроксиламином – соответствующие пиразолы и изоксазолы. 7) На основе реакции карбамоилированных аминоенонов с ароматическими альдегидами в присутствии пиперидина разработан эффективный и диастереоселективный синтез 2,3-дигидро-4-пиридонов, которые при обработке иодом в хлороформе превращены в новые 2,3,6-тризамещенные 4-пиридоны. Аналогично, на основе карбамоилированных аминоенонов, полученных из 6-трифторметил-2-циано-4-пирона, впервые синтезированы 6-трифторметил-2,3-дигидро-4-пиридон-3-карбоксамиды.

 

Публикации

1. Макарова А.И., Обыденнов Д.Л., Сосновских В.Я. РЕАКЦИИ 2-ЦИАНО-4-ПИРОНА С N-НУКЛЕОФИЛАМИ BOOK OF ABSTRACTS 2nd Conference "Modern synthetic methodologies for creating drugs and functional materials" (MOSM2018), СД-24 (год публикации - 2018).

2. Макарова А.И., Обыденнов Д.Л., Сосновских В.Я. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 2-ЦИАНО-4-ПИРОНА В РЕАКЦИЯХ С N-НУКЛЕОФИЛАМИ Сборник тезисов докладов XXVIII Российская молодёжная научная конференция «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», C. 345 (год публикации - 2018).

3. Михеева М.И., Усачев С.А., Сосновских В.Я. АЦИЛИРОВАНИЕ АЦЕТИЛКЕТЕНДИТИОАЦЕТАЛЕЙ ЧЕРЕЗ МЯГКУЮ ЕНОЛИЗАЦИЮ. СИНТЕЗ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ 4-ПИРОНОВ Сборник тезисов докладов XXVIII Российская молодёжная научная конференция «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», С. 373 (год публикации - 2018).

4. Обыденнов Д. Л., Эльтантави А. И., Сосновских В. Я. BIO-BASED TRIACETIC ACID LACTONE IN THE SYNTHESIS OF HETEROCYCLES VIA THE ENAMINONE FORMATION BOOK OF ABSTRACTS 2nd Conference "Modern synthetic methodologies for creating drugs and functional materials" (MOSM2018), PR-6 (год публикации - 2018).

5. Обыденнов Д. Л., Эльтантави А. И., Сосновских В. Я. Bio-based triacetic acid lactone in the synthesis of azaheterocycles via a ring-opening transformation Abstracts of "The 14th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-14)", P. 183 (год публикации - 2018).

6. Обыденнов Д. Л., Эльтантави А. И., Сосновских В. Я. Bio-based triacetic acid lactone in the synthesis of azaheterocycles via a ring-opening transformation New Journal of Chemistry, Volume 42, Issue 11, 2018, Pages 8943-8952 (год публикации - 2018).

7. Обыденнов Д. Л., Эльтантави А. И., Сосновских В. Я. Synthesis of Multifunctionalized 2,3-Dihydro-4-pyridones and 4-Pyridones via the Reaction of Carbamoylated Enaminones with Aldehydes The Journal of Organic Chemistry, 2018, Volume 83 (22), pp 13776–13786 (год публикации - 2018).

8. Сосновских В.Я., Обыденнов Д.Л. 2,5/2,6-ДИЗАМЕЩЕННЫЕ 4-ПИРОНЫ В СИНТЕЗЕ ГЕТЕРОЦИКЛОВ BOOK OF ABSTRACTS 2nd Conference "Modern synthetic methodologies for creating drugs and functional materials" (MOSM2018), PR-11 (год публикации - 2018).

9. Усачев С.А., Сосновских В.Я. Synthesis of 6-polyfluoroalkyl(ethoxycarbonyl)-2-methylsulfanyl-4-pyrones Abstracts of "The 14th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-14)", P. 192 (год публикации - 2018).


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1) Осуществлен синтез родоначальника ряда цианопиронов, 2-циано-4-пирона, который оказался активным субстратом в реакциях с N-нуклеофилами и был использован для получения разнообразных азагетероциклов. В зависимости от природы нуклеофила реакции протекают либо с раскрытием пиронового кольца и замещением цианогруппы, либо по цианогруппе с сохранением кольца. В последнем случае синтезированы 4-пироны и 4-гидроксипиридины с одним тетразольным или оксадиазольным циклами, что открывает путь к таким важным классам гетероциклов, как 2-гетарил-4-пироны и 2-гетарил-4-гидроксипиридины, представляющие интерес в качестве лигандов. 2) Найден удобный и эффективный подход к введению трикетонного фрагмента в различные амины с использованием этиловых эфиров 5-ацил-4-пирон-2-карбоновых кислот, который позволяет синтезировать широкий спектр новых поликарбонильных лигандов. Важным преимуществом этой реакции является большой набор реактантов, отсутствие катализатора, экономия атомов, высокие выходы, мягкие условия и простота выделения продуктов. Полученные лиганды в растворе CDCl3 существуют в виде нескольких таутомеров, из которых основной таутомер имеет 5E-конфигурацию двойной связи. Реакция 5-ацилкоманоатов с аминами может быть использована для глубокой функционализации полимеров и биополимеров, содержащих свободную аминогруппу, а также для создания новых катализаторов или материалов. 3) Установлено, что N-арил-5-(ариламино)-3-оксогекс-4-енамиды в виде 1,3-C,N-динуклеофилов региоселективно реагируют с 3-формилхромонами и 3-метоксикарбонилхромоном в присутствии DMAP в ацетонитриле с образованием соответственно 2-пиридонов (34–43%) и хромено[4,3-b]пиридин-2,5-дионов (54–73%), имеющих в своем составе аминоеноновый фрагмент. Последний образуется в результате раскрытия пиронового кольца 3-замещенных хромонов при атаке положения 2 активной метиленовой группой исходного енамида. Поскольку N-арил-5-(ариламино)-3-оксогекс-4-енамиды мы получаем из дешевого и доступного лактона триацетовой кислоты, все превращения с их участием могут иметь не только теоретическое, но практическое значение. 4) На основе широкого ряда синтезированных в ходе выполнения проекта 2,6-бисгетарил-4-пиронов разработан простой и эффективный метод получения 2,6-бисгетарил-4-гидроксипиридинов, представляющий интерес в качестве перспективных хелатирующих лигандов. Показано, что при взаимодействии с водным или этанольным раствором аммиака с последующим подкислением 2,6-бисгетарил-4-пироны трансформируются в симметричные и несимметричные триады с центральным пиридиновым кольцом, содержащим в положениях 2 и 6 остатки тетразола и замещенных оксадиазолов. Начато изучение фотофизических свойств синтезированных гетероциклических ансамблей. 5) Оптимизирована методика синтеза 6-стирилкомановой кислоты путем конденсации 6-метилкомановой кислоты с бензальдегидом в этаноле в присутствии этилата натрия (выход 70%). Данная методика была распространена на реакцию с различными ароматическими и гетероциклическими альдегидами и получены соответствующие замещенные 6-стирилкомановые кислоты с выходами 49–88%. Изучено взаимодействие 6-стирил-4-окси-4Н-пиран-2-карбоновой кислоты с нуклеофильными и электрофильными реагентами и впервые получены метиловый эфир, амид, нитрил 6-стирилкомановой кислоты, а также ее дибромпроизводное. 6) Осуществлена конденсация ацетилкетендитиоацеталей, содержащих в своем составе электроноакцепторные группы, с хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии бромида магния и триэтиламина. Разработанный метод позволил впервые получить 2-метилсульфанил-4-пироны, содержащие в положении 3 этоксикарбонильный или бензоильный заместитель, а в положении 6 (гет)арильную или метильную группу. Эти соединения были использованы для дальнейшей функционализации пироновой системы и показано, что при кипячении с морфолином происходит замещение меркаптогруппы и с высокими выходами образуются соответствующие 2-морфолинопроизводные.

 

Публикации

1. - UrFU Postgraduate Student from Egypt has Developed an Alternative Way of Transition from Carbohydrates to Valuable Heterocycles Сайт "Уральский федеральный университет", - (год публикации - ).

2. Cимбирцева А.Е., Обыденнов Д.Л., Пиксин С.Е., Сосновских В.Я. 2,6-ДИЦИАНО-4-ПИРОН В РЕАКЦИЯХ [3+2]-ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ Сборник тезисов III международной конференции «Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов» (MOSM2019), СД-1 (год публикации - 2019).

3. Корнев М.Ю., Тишин Д.С., Обыденнов Д.Л., Сосновских В.Я. USE OF CHROMONE-3-CARBOXYLIC ACID AND ITS DERIVATIVES IN THE SYNTHESIS OF HETEROCYCLES Abstracts of the 21st European Symposium on Organic Chemistry, p. 900 (год публикации - 2019).

4. Обыденнов Д.Л., И. Суслова А.И., Сосновских В.Я. Синтез и некоторые химические свойства 2-циано-4-пирона Химия гетероциклических соединений, - (год публикации - 2020).

5. Обыденнов Д.Л., Хамматова Л.Р., Стебеньков В.Д., Сосновских В.Я. Synthesis of novel polycarbonyl Schiff bases by ring-opening reaction of ethyl 5-acyl-4-pyrone-2- carboxylates with primary mono- and diamines RSC Advances, 9, 68, 40072-40083 (год публикации - 2019).

6. Обыденнов Д.Л., Эльтантави А.И., Корнев М.Ю., Сосновских В.Я. Reactions of carbamoylated amino enones with 3-substituted chromones for the preparation of 2-pyridones and chromeno[4,3-b]pyridine-2,5-diones Mendeleev Communications, 29, 2, 234-236 (год публикации - 2019).

7. Обыденнов Д.Л., Эльтантави А.И., Сосновских В.Я. Triacetic acid lactone as a bioprivileged molecule in organic synthesis Mendeleev Communications, 29, 1, 1-10 (год публикации - 2019).

8. Обыденнов Д.Л., Эльтантави А.И., Сосновских В.Я. CARBAMOYLATED ENAMINONES AS VERSATILE BUILDING BLOCKS FOR THE SYNTHESIS OF AZAHETEROCYCLES Abstracts of the 21st European Symposium on Organic Chemistry, P 864 (год публикации - 2019).

9. Сосновских В.Я., Обыденнов Д.Л. Synthesis and reactivity of 2,6-disubstituted 4-pyrones The Book of abstracts of Markovnikov Congress on Organic Chemistry, p. 114 (год публикации - 2019).

10. Эльтантави А.И.А., Обыденнов Д.Л., Сосновских В.Я. СИНТЕЗ АЗАГЕТЕРОЦИКЛОВ НА ОСНОВЕ КАРБАМОИЛИРОВАННЫХ ЕНАМИНОНОВ Тезисы докладов XXIX Российской молодежной научной конференции с международным участием, посвященной 150-летию Периодической таблицы химических элементов, c. 416 (год публикации - 2019).