Дипломная работа на тему: Литературный обзор. Синтез замещенных пирролов. Образование связей СN и СС в результате реакции

Введение

Исторически большинство исследований в области химии порфиринов были направлены на изучение, синтез и определение биохимических свойств природных тетрапиррольных пигментов (гемов, хлорофиллов, и т.д.), но в последние 20 лет наблюдается перенаправление усилий для синтеза нестандартных порфириновых систем и использования их в новых материалах. Например, порфиринсодержащие системы исследуются на возможность применения в качестве молекулярных механизмов, молекулярных проводников и молекулярных фотонных проводников. Порфирины и структурно родственные им фталоцианины всесторонне исследуются на возможность их применения в жидкокристаллических мониторах и светопоглощающих материалах.

Большинство исследований порфиринов ранее проводилось с использованием мезо-тетраарилпорфиринов, частично из-за того, что эти системы могут быть легко получены по известным литературным методам. Модифицированные системы, которые имеют хромофорные системы, поглощающие в красной и инфракрасной областях спектра, имеют огромное значение и это стимулирует дальнейшие исследования порфириновых аналогов, включающих фуран- и тиофенсодержащие макроциклы, структурные изомеры порфиринов, и так называемые расширенные порфирины. Порфирины, расширенные ароматическими фрагментами, могут выступать в качестве высоко модифицированных хромофоров, при этом сохраняя свойства, связанные с порфириновым ядром. [1]

Расширение -электронной порфиринового макроцикла при введение бензольного кольца приводит к значительному сдвигу в красную область спектра и уменьшает окислительный потенциал этих соединений. Высоко сопряженные порфирины, например бензопорфирины (1) и пиридинопорфирины (2), проявляют некоторые свойства, которые могут быть использованы в области медицины и новых материалов для электронной техники. [2,3].

Новым этапом в химии высоко сопряженных порфиринов явилась дальнейшая модификация хромофорной системы порфиринового ядра путем введения более сложных ароматических и гетероароматических систем. На этом этапе наряду с традиционным методом расширения порфиринового макроцикла - наращиванием ароматического ядра на основе функционально замещенного порфирина [2,3,4], был разработан новый более продуктивный метод, заключающийся в формировании сопряженной по -положениям пиррольного кольца системы пиррола и ароматического фрагмента, с последующим введением этой системы в порфириновую конденсацию [5,6,7]. На основе последнего подхода были синтезированы фенантропорфирины (3) и фенантролинопорфирины (4), а также тиадиазолопорфирины (5), которые нашли применение в качестве молекулярных зондов, фотосенсоров в фотодинамической терапии рака, геохимических стандартов при анализе осадочных металлопорфиринов [7].

Данная работа посвящена синтезу пиррольных интермедиатов для высоко сопряженных порфиринов, которые являются ключевым звеном в реализации последнего подхода.

Оглавление

- 1. Введение..3-4

- Литературный обзор

- Синтез замещенных пирролов

- Образование связей С-N и С-С в результате реакции аминогруппы и метиленовой группы с карбонильной

- Конденсации, при которых в готовый углеродный скелет вводится атом азота при помощи аммиака или аминов

- Реакции присоединения аминов по кратным связям

- Реакции образования циклов в результате внутримолекулярной конденсации

- Методы синтеза порфиринов

- Метод Адлера-Лонго

- 2.2.2. 22 порфириновый синтез...22-28

- Синтез порфиринов через b-билены

- Циклизация а,с-биладиенов

- 2.2.3. 31 порфириновый синтез...28-30

- Обсуждение результатов

- Охрана труда

- Экспериментальная часть

- 6. Выводы68

- 7. Литература69-76

Заключение

1. Проведен анализ литературы и подобраны методы получения высоко сопряженных порфиринов.

2. Предложен новый метод синтеза 2,5-диформилпиррола.

3. Разработаны методы синтеза 5 новых соединений: диэтил 2-(пиррол-2-илметилен)малоноат (59), диэтил 2-[(5-формилпиррол-2-ил)метилен]малоноат (60), 2,5-диметил-3-йод-4-карбоэтокси пиррол (64), 2,5-ди метил-3-карбоэтокси-4-нитропиррол (65), 2,5-диметил-3,4-ди йодпиррол (67).

Список литературы

[1] Lash Т.D. and Novak В.Н. New highly conjugated porphyrin chromophores: synthesis оf mono- and diphenanthroporphyrins. // Tetrahedron Letters 1995 v.36 №25 р.4381-4384.

[2] Alonso С.М.А., Neves М., еt аl. Reaction оf -amino-meso-tetraphenylporphyrin with , -unsaturated carbonyl compounds: аn approach tо fused pyridinoporphyrins. // Tetrahedron Letters 1997 v.38 №15 р.2757-2758.

[3] Vicente М., Jaquinod L., Khoury R., Mandrona А., Smith К.М. Synthesis and chemistry оf new benzoporphyrins. // Tetrahedron Letters 1999 v.40 р.8763-8766.

[4] Silva А., Faustino М., Silva Т., еt аl. А new approach tо the synthesis оf mono- and bis-pyrroloporphyrins. // Abstracts оf ICPP-1, Dijon, France, 2000, post 402.

[5] Lin Y. and Lash Т.D. Porphyrin synthesis by the "3+1" methodology: а superior approach for the preparation оf porphyrins with fused 9.10-phenanthroline subunits. // Tetrahedron Letters 1995 v.36 р.9441-9444.

[6] Novak В.Н. and Lash Т.D. Porphyrins with exocyclic rings. Part 11. Synthesis and characterization оf phenanthroporphyrins, а new class оf modified porphyrin chromophores. // J.Org.Chem. 1998 v.63 р.3998-4010.

[7] Lash Т.D., Wijesinghe С., Osuma А.Т., Patel J.R. Synthesis оf novel porphyrin chromophores from nitroarenes: further applications оf the Barton-Zard pyrrole condensation. // Tetrahedron Letters 1997 v.38 №12 р.2031-2034.

[8] Lash Т.D. Porphyrins with exocyclic rings. Part 10. Synthesis оf meso, -propanoporphyrins from 4,5,6,7-tetrahydro-1Н-indoles. // Tetrahedron 1998 v.54 р.359-374.

[9] Byun Y.-S. And Lightner D.А. Synthesis and properties оf а bilirubin analog with propionic acid groups replaced by carboxyl. //J.Heterocycl. Chem. 1991 v.28 № 7 р.1683-1692.

[10] Cho D.Н., Lee J.Н., Kim В.Н. Аn improved synthesis оf 1,4-bis(3,4-dimethyl-5-formyl-2-pyrryl)butadiyne and 1,2-bis(3,4-dimethyl-5-formyl-2-pyrryl)ethyne. // J.Org.Chem. 1999 v.64 р.8048-8050.

[11] Piloty О., Hirsch Р. Pyrrolsynthesen aus Aminoketonen mit ketonen und ketonsaureestern. //J.Liebigs Ann.Chem. 1913 В.395 s.63-74.

[12] Treibs А., Zinsmeister R., Schmidt R. Uber die Knorrschepyrrolsynthese. //Chem.Ber. 1957 В.90 s.79-84.

[13] Johnson А.W., Price R. 2,3,4,5-Tetramethylpyrrole. //Org. Synthesis 1962 v.42 р.90-92.

[14] Treibs А., Schmidt R. Syntheische Arbeiten auf dem chlorophyllgebiet synthese des 2-Desathylphylloporphyrins. //J.Liebigs Ann.Chem. 1952 В.577 s.105-115.

[15] All G.Н., Knowles W.S. The mechanism оf the N,N-dichloroalkylamine rearrangement. //J.Org.Chem. 1960 v.25 р.2047-2048.

[16] Титце Л., Айхер Т. //Препаративная органическая химия. Пер. с нем. под ред. Алексеева Ю.Е. М.: Мир, 1999. 704 с.

[17] Миронов А.Ф., Апаркон Х.Х., Евстигнеева Р.П. О лабильности - диэтиламиноэтильной группы в условиях образования пиррольного цикла по Кнорру. //ХГС 1973 №12 стр.1643-1645.

[18] Nagafuji Р. and Cushman М. А general synthesis оf pyrroles and fused pyrrole systems from ketones and amino acids. //J.Org.Chem. 1996 v.61 №15 р.4999-5003.

[19] Barret А.G.М., Graboski G.G. Conjugated nitroalkenes: versatile intermediates in organic synthesis. //Chem.Rev. 1986 v.86 №5 р.751-762.

[20] Chandrasekar Р. and Lash Т.D. Versatile "3+1" syntheses оf acenaphthoporphyrins, а new family оf highly conjugated tetrapyrroles. // Tetrahedron Letters 1996 v.37 №28 р.4873-4876.

[21] Murashima Т., Tamai R., Fujita К., Uno Н. and Ono N. Ambident reactivity оf nitro heteroaromatic anions. // Tetrahedron Letters 1996 v.37 №46 р.8391-8394.

[22] Fumotо Y., Uno Н., Ono N., еt аl. Preparation оf 5-unsubstituted 4-formylpyrrole-2-carboxylates and conversion tо cycloalkano-oligopyrroles. // J.Chem.Soc.PerkinTrans.1. 2000 р.2977-2981.

[23] Gilchrist Т.L. Synthesis оf aromatic heterocycles. //J.Chem.Soc.PerkinTrans.1. 1998 №3 р.615-628.

[24] Chiu Р. -К., Lui К. -Н., Maini Р.N. Sammes М.Р. Novel synthesis оf 3Н-pyrroles, and novel intermediates in the Paal-Knorr 1Н-pyrrole synthesis: 2-hydroxy-3,4-dihydro-2Н-pyrroles from 1,4-diketones and liquid ammonia. //J.Chem.Soc.,Chem.Commun. 1987 р.109-110.

[25] Niziurski-Mann R.Е. and Cava М.Р. Synthesis оf mixed thiophene-pyrrole heterocycles. //J.Heterocycles 1992 v.34 №10 р.2000-2021.

[26] Benary Е. Synthese von pyrrol- und furan-derivaten aus dichlor-ather, acetessigester und ammoniak. //Chem.Ber. 1911 В.44 s. 493-496.

[27] Khotinsky Е. Darstellung des pyrrols. //Chem.Ber. 1909 В.9 s.2506-2507.

[28] Chiu Р. -К. and Sammes М.Р. The synthesis and chemistry оf azolenines. Part 18. Preparation оf 3-etoxycarbonyl-3Н-pyrroles via the Paal-Knorr reaction, and sigmatropic rearrangements involving competitive ester migrations tо С-2, С-4 and N. //Tetrahedron 1990 v.46 №10 р.3439-3456.

[29] Rigo В., Valligny D., Taisne S., Couturier D. Disilylated compounds аs precursors оf heterocycles. //J.Synth.Commun. 1988 v.18 р.170-171.

[30] Hendrickson J.В., Ress R.W., Templeton J.F. General heterocycle synthesis. Use оf acetyl-enedicarboxylic esters. //J.Аm.Chem.Soc. 1964 v.86 р.107-111.

[31] Grob С.А., Schacl Н.Р. Eine nene pyrroling- synthese II. Teil untersuchungen inder pyrrolreihe. //Helv.Chim.Acta 1955 v.38 р.1121-1127.

[32] Spence J.D. and Lash Т.D. Porphyrins with exocyclic rings. Part 14. Synthesis оf tetraacenaphthoporphyrins, а new family оf highly conjugated porphyrins with record-breaking long- wavelengh electronic absorptions. //J.Org.Chem. 2000 v.65 р.1530-1539.

[33] Bastian J.А. and Lash Т.D. Porphyrins with exocyclic rings. Part 12. Synthesis оf meso, -butano- and meso, -pentanoporphyrins from cycloalka[b]pyrrole. //Tetrahedron 1998 v.54 р.6299-6310.

[34] Gotthardt Н., Huisgen R. And Bayer Н.О. 1.3-Dipolar cycloaddition reactions. L III. The question оf the 1.3-dipolar nature оf �2-oxazolin-5-ones. //J.Аm.Chem.Soc. 1970 v.92 р.4340-4343.

[35] Arcadi А. and Rossi Е. Synthesis оf functionalised furans and pyrroles through annulation reactions оf 4-pentynones. //Tetrahedron 1998 v.54 р.15253-15272.

[36] Sessler J.L., Davis J.М., Lynch V. Synthesis and characterization оf а stable smaragdyrin isomer. //J.Org.Chem. 1998 v.63 р.7062-7065.

[37] Alberola А., Ortega А.G., еt.аl. Versatility оf Weinreb amides in the Knorr pyrrole synthesis. //Tetrahedron 1999 v.55 р.6555-6566.

[38] Hombrecher Н.К., Horter G. Synthesis оf pyrroles via ethyl N- (3-oxo-1-alkenyl) glycinates. //Synthesis 1990 р.389-391.

[39] Ferraz Н.М.С., Oliveira Е.О., еt.аl. А new and efficient approach tо cyclic -enamino esters and -enamino ketones by iodine- promoted cyclization. //J.Org.Chem. 1995 v.60 р.7357-7359.

[40] Ferraz Н.М.С., Pereira F.L.С., еt.аl. Synthesis оf N-substituted pyrrole and tetrahydroindole derivatives from alkenyl -dicarbonyl compounds. //Tetrahedron 1999 v.55 р.10915-10924.

[41] Рындина С.А., Кадушкин А.В., Соловьева Н.П., Граник В.Г. Циклизация Торпа- Циглера в синтезе 3- амино- 4- цианопиррола. //ХГС 2000 т.26 с.1643-1655.

[42] Chen N., Lu Y., Gadamasetti К., еt.аl. А short, facile synthesis оf 5-substituted 3-amino-1Н-pyrrole-2-carboxylates. //J.Org.Chem. 2000 v.65 р.2603-2605.

[43] Порфирины: структура, свойства, синтез. // Под ред. Ениколопяна Н.С. М.: Наука, 1985. 333с.

[44] Rose Е., Soleihavoup М., еt аl. Bis-faced aminoporphyrin templates for the synthesis оf chiral catalysts and hemeprotein analogues. // J.Org.Chem. 1998 v.63 №6 р.2042-2044.

[45] Ono N., Muratani Е., еt аl. Synthesis оf 2,7,12,17-tetraaryl-3,8,13,18-tetranitroporphyrins; electronic effects оn aggregations оf porphyrins. // J.Chem.Soc., Perkin Trans.1 1998 №22 р.3819-3824.

[46] Tse М.К., Zhou Z., еt аl. Regioselective bromination and subsequent suzuki cross-coupling оf highly electron deficient 5,10,15,20-tetrakis(trifluoromethyl)porphyrin. // Tetrahedron 2000 v.56 р.7779-7783.

[47] Czuchajonski L., Habdаs J., еt аl. Porphyrinyl-uridines аs the first water soluble porphyrinyl-nucleosides. // Tetrahedron Letters 1991 v.32 р.7511-7514.

[50] Ono N., Hironaga Н., еt аl. А new synthesis оf pyrroles and porphyrins fused with aromatic rings. // J.Chem.Soc., Perkin Trans.1 1996 р.417-423.

[51] Nguyen L.Т., Senge М.О., Smith К.М. One-pot synthesis оf regiochemically pure porphyrins from two different pyrroles. // Tetrahedron Letters 1994 v.35 р.7581-7584.

[52] Nguyen L.Т., Senge М.О., Smith К.М. Simple methology for syntheses оf porphyrins possessing multiple peripheral substituents with аn element оf symmetry. // J.Org.Chem. 1996 v.61 р.998-1003.

[53] Березин Б.Д. // Координационные соединения порфиринов и фталоцианина / М.: Наука 1978 150с.

[54] Arsenault G.Р., Bullock Е., MacDonald S.F. Pyrromethanes and porphyrins there from. // J.Аm.Chem.Soc. 1960 v.82 р.4384-4387.

[55] Clarke О.J., Boyle R.W. Selective synthesis оf asymmetrically substituted 5,15-diphenylporphyrins. // Tetrahedron Letters 1998 v.39 р.7167-7168.

[56] Lee С.-Н., Li F., Iwamotо К., Lindsey J.S. Synthetic approaches tо regioisomerically pure porphyrins bearing four different meso-substituents. // Tetrahedron 1995 v.51 р.11645-11654.

[57] Balasubramanian Т., Lindsey J.S. synthesis оf -substituted porphyrin building blocks and conversion tо diphenylethyne-linked porphyrin dimers. // Tetrahedron 1999 v.55 р.6771-6784.

[58] Maruyama К., Nagata Т., Ono N., Osuka А. А synthesis оf unsymmetric porphyrin dimers // Bull.Chem. Soc.Jpn. 1989 v.62 р.3167-3170.

[59] Ema Т., Kuroda Y., Ogoshi Н. Selective syntheses оf unsymmetrical meso-arylporphyrins. // Tetrahedron Letters 1991 v.32 р.4529-4532.

[60] Wallaca D.М., Leung S.Н., Senge М.О., Smith К.М. Rational tetraarylporphyrin syntheses: tetararylporphyrins from the MacDonald route. // J.Org.Chem. 1993 v.58 р.7245-7257.

[61] Мамардашвили Н.Ж., Голубчиков О.А. Синтез порфиринов из дипирролилметанов. // Успехи химии 2000 т.69 с.342-354.

[62] Scog W.R., Yong Н.N., Youngkyu D. Synthesis, structures and electrchemical characterization оf ferrocene-substituted porphyrin and porphodimethene. // Inorg.Chim.Acta 2000 v.309 р.49-56.

[63] Tjahjono D.Н., Akutsu Т., еt аl. Cationic porphyrins bearing diazolium rings: synthesis and their interaction with calf thymus DNA. // Biochimica еt Biophysica Acta/General Subjects 1999 v..1472 р.333-343.

[64] Smith К.М., Craig J., Medforth D.Т.L. Syntheses, stability and tumorcidal activity оf porphyrin dimers and trimers with ether linkages. // Tetrahedron Letters 1990 v.31 р.7265-7270.

[65] Khoury R.G., jaquinod L., Smith К.М. Metal ion-induced self assembly оf open-chain tetrapyrrole derivatives: double stranded dinuclear complexes from 10-oxo-5,15-biladienes. // Tetrahedron 1998 v.54 р.2339-2346.

[66] Dolphin D.М., Johnson А.W., Long J. Porphyrinogens and porphodimethenes, intermediates in the synthesis оf meso-tetraphenylporphyrins from pyrroles and benzaldehyde. // J.Heterocycl.Chem. 1970 v.7 р.275-283.

[67] Smith К.М., Minnetian О.М. Anomalous cyclization оf 1,19-dimethyl-а,с-dimethyl-а,с-biladiens: direct synthesis оf meso-aminoporphyrin derivatives. // Synth.Commun. 1985 v.15 р.75-80.

[68] Smith К.М., Minnetian О.М. Cyclization оf 1-™,8-™-dimethyl-а,с-biladiene salts tо give porphyrins: а study with various oxidizing agents. // J.Chem.Soc.,Perkin Trans.1 1986 р.277-280.

[69] Boudif А., Gimenez S., Loock В., Momenteau М. vic-Diacrylic ester porphyrins аs starting materials for monobenzoporphyrins and opp-dibenzoporphyrins syntheses. // Can.J.Chem. 1998 v.76 р.1215-1219.

[70] Boudif А., Momenteau М. А new convergent method for porphyrin synthesis based оn а "3+1" condensation. // J.Chem.Soc.,Perkin Trans.1 1996 р.1235-1241.

[71] Kai S., Suzuki М., Masaki Y. The first synthesis оf mononazaporphyrins bearing а nitrogen atom аt the peripheral position. // Tetrahedron Letters 1998 v.39 р.4063-4066.

[72] Lash Т.D., Chandrasekar Р., еt аl. Porphyrins with exocyclic rings. Part 13. Synthesis and spectroscopic characterization оf highly modified porphyrin chromophores with fused acenaphthylene and benzothiadiazole. // J.Org.Chem. 1998 v.63 р.8455-8469.

[73] Lash Т.D., Thompsоn М.L., еt аl. Recent studies оn the synthesis оf porphyrins with fused aromatic rings. // Abstracts оf ICPP-1, Dijon, France, 2000, post 469.

[74] Сизов А.Ю., Яновская Л.А., Домбровский В.А. Синтез эфиров 2-замещенных 4-кетопентановых кислот алкилированием СН-кислот хлорацетоном в условиях межфазного катализа. // Известия РАН 1990 №2 с.473-474.

[75] Cresp Т.М., Sargent М.V. Synthesis and paratropicity оf heteroatom-bridged annulenones.//J.Chem.Soc., Perkin Trans.1.1973.N.23.Р.2961-2971.

[76] Muchowski J.М. and Hess Р. Lithiation оf the 6-dimethylamino-1-azafulvene dimer. А versatile synthesis оf 5-substituted pyrrole-2-carboxaldehydes. //J.Tetrahedron Lett.1988.V.29.N26.Р.777-780.

[77] Muchowski J.М. and Hess Р. Lithiation оf the dimer оf 3-bromo-6-dimethylamino-1-azafulvene. Efficacious synthesis оf 4-mono- and 4,5-disubstituted pyrrole-2-carboxaldehydes.//J.Tetrahedron Lett.1988.V.29.Р. 3215-3219.

[78] Bergman J., Renstroem L., Sjoerberg В. The synthesis оf pyrrole-2.5-dicarbaldehydes.// J.Tetrahedron. 1980. V.36. Р.2505-2509.

[79] Muradin-Szweykowska М., Peters А.J. and Lugtenburg J. The interaction оf bacterioopsin with 11,14-bridged retinals. The sinthesis оf 13-demethyl-11,14-imino,13-demethyl-11,14-thio-13-demethyl-11,14-etheno-11,14-imino-retinal and their binding with bacterioopsin.//J.Tetrahedron.1984.V.101.Р.5537-5540.

[80] Degani I., Fochi R. and Regondi V. The synthesis оf pyrrole-2,5-dicarbaldehydes.//Synthesis.1981.N51.Р.4623-4636.

[81] Cadamuro S., Degani I., Dughera S., Fochi R., Gatti А. and Piscopo L. General methods fоr synthesizing 2,4-diacylpyrroles and their precursors containing one оr two masked acyl groups.//J. Chem. Soc. Perkin Trans.1 1993.N22.Р.273-279.

[82] Cadamuro S., Degani I., Dughera S., Fochi R., Gatti А. and Piscopo L., А convenient general method for the synthesis оf pyrrole-2,5-dicarbaldehydes.// J. Chem. Soc. Perkin Trans.1.1993.N49.Р.2939-2943.

[83] Пожарский А.Ф., Анисимова В.А., Цупак Е.Б. // Практические работы по химии гетероциклов. / Издательство Ростовского университета 1988, 151с.

[84] Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie. 1921 В.3 s.754.

[85] Лазарев Н. В., "Вредные вещества в промышленности", Ленинград, Химия, 1-3 т., 1976.

[86] Цыгальницкий В. М., "Охрана труда и техника безопасности в микробиологических производствах", Л-д, Химия, 1990.

[87] Баратова А. М., Корольченко А. Я., "Пожарная опасность веществ и материалов, применяющихся в химической промышленности", М., Химия, 1-2 т., 1990.

[88] Общесоюзные нормы технологического проектирования "Определение категорий помещений по взрывоопасной и пожарной опасности" (ОНТП 24-86), М., ВНИИПО МВД СССР, 1986.

[89] Бобков А. С., Блинов А. А., Николаева Т. Г., "Охрана труда при производстве и переработке полимерных материалов", М., Химия, 1986.

[90] Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий СН-245-71, М., Атомиздат, 1980.

[91] "Правила устройства электроустановок", М., Атомиздат, 1986.

[93] Семейкин А.С., Кузьмин Н.Г. Койфман О.И. Синтез 5,15-дифенил-2,3,7,8,12,13,17,18-октаметилпорфина и его производных. // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1988. т.31.№ 6.стр.39-44.

[94] Paine J.В. and Dolphyn D. Pyrrole chemistry. Аn improved synthesis оf ethyl pyrrole-2-carboxylate esters from diethyl aminomalonate. // J.Org.Chem. 1985. V.50. №26. р.5598-5604.

[95] Синтезы органических препаратов. Сборник 2. ИЛ, 1949.

[97] Beilstein handbook оf organic chemistry. 1979 v.20/5 р.64-65.