Gyrtranszformációk és átrendezdések kéntartalmú ikerionos piridinszármazékok körében

Átírás

1 DKTRI ÉRTEKEZÉ TÉZIEI Gyrtranszformációk és átrendezdések kéntartalmú ikerionos piridinszármazékok körében Palkó Roberta ELTE Kémiai Doktori Iskola zintetikus kémia, anyagtudomány, biomolekuláris kémia Doktori iskola vezetje: Dr. Inzelt György Programvezet: Dr. Horváth István Tamás Témavezet, beosztása és tudományos fokozata: Dr. Riedl Zsuzsanna Tudományos tanácsadó, az MTA Doktora MTA Kémiai Kutatóközpont Biomolekuláris Kémiai Intézet 009

2 . Bevezetés, célkitzések Az MTA Kémiai Kutatóközpont Biomolekuláris Kémiai Intézetének Heterociklusos Kémiai Laboratóriumában régóta foglalkoznak hídf-nitrogén tartalmú heterociklusos vegyületek szintézisével és reakcióinak vizsgálatával. Ezen munka keretében jelents számú kondenzált azínium és azólium sót állítottak el, és behatóan foglalkoztak e rendszerek reakcióképességének vizsgálatával is. A kutatások során számos esetben izoláltak ikerionos szerkezet származékokat, melyek dipoláris szerkezete sajátságos reakciókészség kialakulásához vezet. Doktori munkám témája is ezekhez a kutatásokhoz kapcsolódik. Munkám célja új kéntartalmú piridingyrs ikerionok szintézise, valamint ezen származékok cikloaddíciós reakcióinak tanulmányozása hármaskötés (acetiléndikarbonsav-dimetilészter) és kumulált kettskötés reagensekkel (aril-izotiocianátokkal és izocianátokkal, valamint difenilketénnel).. Vizsgálati módszerek A szintetikus munka során preparatív szerves kémiai módszereket alkalmaztunk. A reakciók követésére, az anyagok tisztaságának ellenrzésére vékonyrétegkromatográfiát használtunk. Az elállított anyagok tisztítását oszlopkromatográfia és kristályosítás segítségével oldottuk meg. Az elállított vegyületek szerkezetigazolására, azonosítására modern spektroszkópiai módszereket ( H-, 3 C-MR, kétdimenziós MR, röntgenkrisztallográfia, IR, valamint tömegspektroszkópiai módszert) alkalmaztuk. Minden új vegyületet fizikai állandóval (olvadáspont) is jellemeztünk.

3 3. Új tudományos eredmények Az új tudományos eredményeket a disszertáció felépítéséhez igazodva három f téma köré csoportosítva ismertetem. 3.. iltiopiridinium--arilimidek elállítása, reakciója aril-izotiocianátokkal és -izocianátokkal 3... Tetrazolopiridiniumsókat (I) különböz szubsztituenst tartalmazó tiofenolátokkal reagáltatva egy intermedier (II) keletkezik, amelybl nitrogén vesztéssel alakulnak ki az ariltiopiridinium--arilimidek (III), amelyeket vörös kristályok formájában izoláltunk jó termeléssel. - I BF 4 II III 3... Az ariltiopiridinium--arilimidek (III) reakciókészségét aril-izotiocianátokkal és izocianátokkal vizsgáltuk. Megállapítottuk, hogy,3-dipoláris cikloaddíció játszódott le: a III ikerionos vegyület ariltio szubsztituenst visel szénatomja és a parciálisan negatív töltés exonitrogénatom lépett reakcióba a kumulált kettskötés rendszer C= kötésével. A reakcióban IV triazolopiridinium vázat tartalmazó só mellett szubsztituált dién-származék (V) is keletkezett. A dién (V) képzdése a pozitív töltés sónak a reakcióban jelenlev tiolát anionnal lejátszódó gyrfelnyílási reakciójával értelmezhet, amely független kísérlettel is igazolható volt. III C absz. CH Cl =, Cl IV + V + 3

4 A IV triazóliumsóhoz vezet reakcióutakat összegezve megállapítható, hogy tetrazolopiridiniumsókból (I) kiindulva tiolátcsoport belépése szükséges az ariltiopiridinium- -arilimidek (III) keletkezéséhez, majd az aril-izotiocianátokkal és izocianátokkal végzett átalakításoknál a tiolát anion kilépését követen triazolopiridiniumsók (IV) izolálhatók. Erre az átalakulásra egy egy edényes módszert is kifejlesztettünk, ahol már 0, ekvivalens tiolát reagens alkalmazásával is végbement a két egymást követ reakciólépés. Végeredményben ebben a folyamatban gyrtranszformáció játszódott le: a tetrazolgyr triazolgyrvé alakult. C - =, BF 4 III Cl I IV 3.. iltiopiridinium--arilimidek reakciója acetiléndikarbonsav-dimetilészterrel 3... Korábban kutatócsoportunkban már vizsgálták az ariltiopiridinium--arilimidek (III) reakcióját acetiléndikarbonsav-dimetilészterrel (DMAD) és termékként pirrolo-piridin származékot (VI) izolálták kis mennyiségben, de nem foglalkoztak az esetleges melléktermékek jelenlétével. A reakcióelegyet alaposabban analizálva megállapítottuk, hogy a már korábban izolált pirrolo-piridin származék (VI) mellett, egy másik, énamin részt tartalmazó vegyület (VII) is képzdik, mely oszlopkromatográfiával izolálható. Ez az énamin úgy keletkezhet, hogy elször Michael-addíció játszódik le az acetiléndikarbonsavdimetilészter és III ikerionos vegyület között, majd diaza-cope-átrendezdést követen alakul ki a végtermék (VII). III DMAD absz. CH Cl H VI H CCH 3 + H VII 4

5 Az énaminnal szubsztituált piridinszármazék (VII) termikus körülmények között (,- diklórbenzol, 0 C) továbbalakult: gyrzáródás ment végbe és pirrolo-piridin gyrváz (VIII) keletkezett. A reakció mechanizmusa,5-elektrociklizációval értelmezhet.,-diklórbenzol H VII 0 C VIII 3.3. Piridingyrn metilcsoportot tartalmazó ariltiopiridinium--arilimidek szintézise, reakciója aril-izotiocianátokkal és izocianátokkal, valamint difenilketénnel Az ariltiopiridinium--arilimidekkel (III) végzett átalakítások azt mutatták, hogy a piridingyr 6-os pozíciója kitüntetett szerepet játszik az,3-dipoláris cikloaddíciós folyamatokban. Ezért olyan ariltiopiridinium--arilimideket (I) is szintetizáltunk az I.. pontban bemutatott eljárást követve, melyek a piridingyr 6-os pozíciójában metilcsoportot tartalmaznak. E vegyületeket (I) a korábban alkalmazott reakciókörülmények között reagáltattuk aril-izotiocianátokkal és izocianátokkal. Termékként a triazóliumsó () és a dién-származék (I) mellett néhány esetben egy piridinil származékot (II) is izoláltunk, amelynek képzdését az ikerionos vegyület (I) és a reagens Michael-addícióját követ diaza-cope-átrendezdéssel magyaráztuk. CH 3 I C absz. CH Cl =, CH 3 + H 3 C Cl I + H II 5

6 A piridingyrn metilcsoportot tartalmazó ariltiopiridinium--arilimid (I) és az arilizocianát reakciójában néhány esetben váratlan átalakulást figyeltünk meg: III dihidroimidazo-piridin származék keletkezett melléktermékként, amely két izocianát egységbl származó részt tartalmazott. Ezt az átalakulást úgy értelmeztük, hogy a folyamat köztiterméke a triazóliumsó, amely deprotonálódást követen átrendezdik. Ezt a feltételezést független kísérlettel is alátámasztottuk. A reakciókörülmények megváltoztatásával (3 ekvivalens reagens) e termék (III) képzdése vált f folyamattá. Megfigyeltük, hogy a sárga szín vegyület (III) oldata állás közben elszíntelenedik, és imidazo-piridin származék (IV) izolálható. Ennek az átalakulásnak a során a termék (IV) [,5]-hidrogénvándorlással alakul ki. CH 3 3 ekv. C absz. CH Cl H HC [,5]-hidrogénvándorlás absz. CH 3 C H C I H III H IV Kumulált kettskötés reagensként difenilketént ( ekvivalens) alkalmazva egy négygyrs vegyület (V) keletkezett. E termék (V) képzdésekor az ariltiopiridinium-arilimid (I) metilcsoportja és az -aril csoportjának fenilcsoportja is részt vett az átalakulásban. A folyamatra diaza-cope-átrendezdéssel végbemen reakciómechanizmust javasoltunk. 6

7 ekv. C C H CH 3 3 ekv. absz. CH Cl C C Cl V I absz. CH Cl H C VI A difenilketén reagens nagyobb feleslegét (3 ekvivalens) alkalmazva azonban nem sószer termék (V) keletkezett, hanem egy pirrolo-piridin származék (VI). E vegyület (VI) szerkezetileg az aril-izocianátoknál izolált IV imidazo-piridin származékra emlékeztet, és képzdésére is hasonló mechanizmust javaslunk. 7

8 4. Az értekezés témájához kapcsolódó publikációk Közlemények:. R. Palkó, Zs. Riedl,. Egyed, L. Fábián, Gy. Hajós: ew facile tandem route to oxo- and tioxo[,,4]triazolo[,5-a]pyridinium salts; J. rg. Chem., 7, (006).. R. Palkó,. Egyed, P. Bombicz, Zs. Riedl, Gy. Hajós: Formation of new pyridyl substituted enamines. bservation of a diaza-cope rearrangement; Tetrahedron, 64, (008). Eladások:. Palkó Roberta, Riedl Zsuzsanna, Hajós György Cikloaddiciók új kéntartalmú ikerionokkal MTA Heterociklusos Kémiai Munkabizottsága 004. évi eladóülése Balatonszemes, Palkó Roberta, Riedl Zsuzsanna Kéntartalmú ikerionok szintézise és átalakításai MTA, zerves kémiai szemináriumok Budapest, Palkó Roberta, Riedl Zsuzsanna Kéntartalmú ikerionok szintézise és átalakításai MTA, VIII. Doktori Iskola Tahi, 005. május Palkó Roberta, Riedl Zsuzsanna, Egyed rsolya és Hajós György Kéntartalmú ikerionokkal végzett átalakítások: szintézis és cikloaddíció MTA Kémiai Kutatóközpont Intézeti apok Budapest,

9 5. Palkó Roberta, Riedl Zsuzsanna, Egyed rsolya és Hajós György Kéntartalmú ikerionos piridinszármazékok átrendezdése metilcsoport részvételével MTA Heterociklusos Kémiai Munkabizottsága 008. évi eladóülése Balatonszemes, 008. Poszterek:. Palkó Roberta, Riedl Zsuzsanna, Hajós György és Messmer András zigmatróp átrendezdések kéntartalmú ikerionokkal MKE, Vegyészkonferencia Hajdúszoboszló, 005. június Roberta Palkó, Zsuzsanna Riedl, György Hajós and András Messmer ew dipolar cycloaddicions with sulfur-containing zwitterions I. Blue Danube Conference on Heterociclic Chemistry Chech Republik, Brno, 005. augusztus 8 szeptember. 3. Palkó Roberta, Riedl Zsuzsanna, Hajós György és Messmer András Kéntartalmú ikerionok váratlan átalakulásai MKE, Centenáriumi Vegyészkonferencia opron, 007. május 9. június. 4. Palkó Roberta, Egyed rsolya, Riedl Zsuzsanna és Hajós György Ikerionok új átrendezdési reakciói kumulált kettskötést tartalmazó reagensekkel MKE, Vegyészkonferencia Hajdúszoboszló, 008. június Roberta Palkó, Zsuzsanna Riedl, rsolya Egyed and György Hajós ew Rearrangement Reactions of Zwitterionic Pyridine Derivatives with Cumulenes 3 rd European Colloquium on Heterociclic Chemistry Antwerpen, Belgium, 9-3. ept