На правах рукописи МОСКАЛИК Михаил Юрьевич РЕАКЦИИ КОНДЕНСАЦИИ И ГЕТЕРОЦИКЛИЗАЦИИ С УЧАСТИЕМ ТРИФТОРМЕТАНСУЛЬФОНАМИДА Специальность 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Иркутск – 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Иркутском институте химии им. А. Е. Фаворского Сибирского отделения РАН Научный руководитель доктор химических наук, профессор Шаинян Баграт Арменович Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Кузнецов Михаил Анатольевич доктор химических наук Шмидт Елена Юрьевна Ведущая организация Новосибирский институт органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН Защита состоится 21 июня 2011 года в 9 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 003.052.01 при Иркутском институте химии им. А. Е. Фаворского СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского института химии им. А. Е. Фаворского СО РАН. Автореферат разослан 13 мая 2011 г. Ученый секретарь cовета д.х.н. Тимохина Л. В. 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Химия сульфонамидов активно развивается на протяжении многих лет. Такой интерес объясняется прежде всего тем, что многие соединения, содержащие сульфонамидные группы, обладают широким спектром физиологической активности и являются основой для производства многих антибиотиков, салюретиков, инсулин-выделяющих композиций, дезинфицирующих смесей, фунгицидов, инсектицидов и гербицидов. Сульфонамиды, содержащие перфторалкильные заместители у атома серы, представляют особый интерес, так как такие группировки являются одними из наиболее сильных электроноакцепторных групп, что приводит к высокой NHкислотности перфторалкансульфонамидов и их производных, образованию прочных внутри- и межмолекулярных водородных связей, и ряду особенностей химического поведения, отличных от таковых для нефторированных аналогов. Исходным реагентом в работе является простейший гомолог ряда перфторалкансульфонамидов – трифторметансульфонамид (трифламид). Производные трифламида широко используются в качестве лигандов для металлокомплексного катализа; получаемые на основе трифламида и его имида OH-, NH- и CH-кислоты находят применение в качестве электролитов в литиевых батареях и для получения ионных жидкостей. Препараты на основе трифламида используются для лечения болезней глаз и эпилепсии. В органическом синтезе формирование трифламидной группировки в молекуле часто осуществляют обработкой ангидридом или галогенангидридом трифторметансульфоновой кислоты соответствующих N-нуклеофилов, что, как правило, требует низких температур, присутствия дополнительных оснований и сопровождается осмолением реакционной системы. Использование же в качестве реагентов трифламидов позволяет решать задачу одновременного построения азотсодержащих молекул и введения в качестве заместителя у азота трифторметансульфонильной (трифильной) группы в относительно мягких условиях. Данная работа представляет собой исследование в области синтеза и строения некоторых циклических и линейных N-замещенных производных трифторметансульфонамида. Работа выполнена в лаборатории фторорганических соединений Иркутского института химии им. А. Е. Фаворского СО РАН в 3 соответствии с планом НИР (№ госрегистрации 01201061740) и при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 07-03-00425-а, 07-03-91559-ННИО_а, 08-03-91954ННИО_а, 10-03-00110-а, РФФИ 09-03-16016-моб_з_рос). Цель работы: развитие синтетического потенциала трифламида в направлении получения на его основе азотсодержащих линейных и гетероциклических соединений с помощью двух- и трехкомпонентных реакций конденсации с участием формальдегида, а также реакций гетероциклизации с участием алкенов и диенов. В связи с поставленной целью решались следующие задачи: Изучение влияния условий на направление реакций конденсации с участием трифламида. Изучение трехкомпонентных реакций конденсации трифламида с формальдегидом и второй амидной компонентой. Синтез N-трифилзамещенных гетероциклов на основе реакции некоторых алкенов с трифторметилсульфонилнитреном, генерируемым окислением трифламида. Научная новизна и практическая значимость. Проведено систематическое исследование конденсации формальдегида с трифламидом в различных условиях и трехкомпонентных реакций конденсации с участием второй амидной компоненты. Показано, что направление конденсации трифламида с формальдегидом существенно зависит от условий ее проведения. В смеси органического растворителя и серной кислоты реакция протекает с образованием гетероциклических продуктов как в двух-, так и в трехкомпонентном варианте. Впервые показана возможность восстановления сложноэфирной группы до спиртовой под действием формальдегида. Показано, что результат конденсации трифламида и формальдегида с амидами дикарбоновых кислот зависит от числа метиленовых групп в амиде: оксамид дает, помимо продуктов трифламидометилирования по одной и обеим амидным группам, N-[(4,5-диоксо-1,3-оксазолидин-3-ил)метил]трифторметансульфонамид; реакция с малонамидом приводит к 4,10- бис(трифторметилсульфонил)-2,4,8,10-тетраазаспиро[5.5]-ундекан-1,7-диону; 4 сукцинамид дает бис[(трифторметилсульфонил)аминометил]сукцинамид и N[(трифторметилсульфонил)аминометил]сукцинимид. Показано, что в реакции трифламида со стиролом в системе (t-BuOCl + NaI) образуются, наряду с линейными продуктами, 2,5-дифенил- или 2,6-дифенил1,4-бис(трифторметилсульфонил)пиперазины. Образование того или иного цикла определяется условиями реакции. Впервые осуществлена сборка бицикло[4.2.1]нонанового каркаса путем прямого циклоприсоединения трифторметансульфонилнитрена к 1,5- циклооктадиену. Апробация работы и публикации. По результатам работы опубликовано 6 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, и тезисы 5 докладов на центральных всероссийских и международных конференциях: 7-й Всероссийской конференции «Химия фтора», Москва (2006), 15-м Европейском Симпозиуме по химии фтора, Прага (2007), Всероссийской конференции «Современные проблемы органической химии», Новосибирск (2007), Международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений», Кисловодск (2009), Всероссийской молодежной конференции-школе «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической и металлоорганической химии 21 века», Санкт-Петербург (2010). Объем и структура работы. Работа изложена на 141 странице. Первая глава (обзор литературы) посвящена реакциям конденсации N-нуклеофилов с альдегидами и взаимодействию сульфонилнитренов с алкенами. Вторая глава – обсуждение результатов собственных исследований. Необходимые подробности эксперимента изложены в третьей главе. Завершается диссертация выводами и списком литературы из 161 наименования. Диссертация включает 8 рисунков и 10 таблиц. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Двух- и трехкомпонентные реакции конденсации с участием трифторметансульфонамида и формальдегида Несмотря на то, что реакции конденсации с участием формальдегида занимают важное место в органической химии, изучению таких реакций с участием трифламида 5 до наших исследований была посвящена лишь одна работа.* Показанная в ней высокая чувствительность реакции трифламида с формальдегидом к условиям ее проведения побудила нас более детально изучить эти превращения. 1.1. Реакции конденсации трифторметансульфонамида с формальдегидом Ранее было показано,* что конденсация трифламида (I) с параформом (в качестве источника формальдегида) в серной кислоте дает два линейных продукта (II) и (III) и два гетероцикла азинового ряда (IV) и (V) в соотношении, определяемом условиями реакции. CF3SO2NH2 NHSO2CF3 CF3SO2NH CH2O H2SO4 I CF3SO2N CF3SO2NH NHSO2CF3 II CF3SO2 III N SO2CF3 N CF3SO2 N N SO2CF3 (1) N O SO2CF3 IV V Дальнейшая конденсация продукта (II) с параформом в этилацетате, согласно литературным данным,* приводит к образованию гетероциклов (VI), (VII), (VIII). II CH2O AcOEt, H2SO4 O O CF3SO2 N N N SO2CF3 VI O O VII SO2CF3 O CF3SO2 N O N SO CF (2) 2 3 N SO2CF3 VIII Тот факт, что направление реакции конденсации трифламида с параформом существенно зависит от условий, побудил нас, уже в рамках данной работы, провести конденсацию трифламида, а не соединения (II), с параформом в той же системе этилацетат-серная кислота. Основным продуктом реакции при комнатной температуре оказался гетероцикл (VI). Кроме того, образуется восьмичленный гетероцикл (IX), изомерный ранее * Мещеряков В.И., Албанов А.И., Шаинян Б.А. // ЖОрХ. 2005. Т. 41. Вып. 9. С. 1409-1414. 6 описанному продукту (VII). Самым неожиданным оказалось образование 2,4,8,10тетраоксоспиро[5,5]ундекана (X), выделенного в виде комплекса с трифламидом состава 1:1 (Ха). CF3SO2NH2 I CH2O, 20-80oC, 6 ÷ O CF3SO2 O N AcOEt:H2SO4 2:1 N O O O O O O (3) N SO2CF3 SO2CF3 Xà (7%) H2NSO2CF3 IX (8%) VI (30%) Строение комплекса (Ха) доказано с помощью рентгеноструктурного анализа (рис. 1).* Образование спироцикла (Х) является неожиданным, так как ни один реагент не содержит четвертичного атома углерода. Мы предположили, что соединение (Х) образуется в результате циклизации пентаэритрита под действием формальдегида. Пентаэритрит, в свою очередь, получается альдольной путем конденсации последовательной формальдегида по активированной метильной группе этилацетата и восстановлением этиловом Рис. 1. Структура комплекса (X). сложноэфирной эфире группы в 3-гидрокси-2,2- бис(гидроксиметил)пропионовой кислоты формальдегидом по схеме (4): HO HO CH3 COOEt 3 CH2O COOEt -2 HCOOH, -EtOH HO OH 2 CH2O, 2 H2O -2 H2O HO OH OH 2 CH2O O O (4) O O X Для подтверждения этой гипотезы мы провели реакцию в отсутствие трифламида. ЯМР-мониторинг реакции формальдегида с этилацетатом в растворе последнего в присутствии конц. серной кислоты показал, что основными в спектрах ЯМР 1Н и 13С являются сигналы 2,4,8,10-тетраоксоспиро[5.5]ундекана, в т.ч. – сигнал четвертичного атома углерода при 34.4 м.д., что подтверждает сделанное предположение. Обнаруженное превращение представляет собой первый пример восстановления сложноэфирной группы до спиртовой под действием формальдегида. * Данные РСА получены профессором В. К. Бельским. 7 1.2. Конденсация трифламида и формальдегида с трифторацетамидом, 1Н-бензотриазолом и метансульфонамидом Реакции конденсации альдегидов с двумя молекулами различных амидов представлены в литературе всего несколькими примерами. Мы впервые показали, что трехкомпонентные реакции параформа с трифламидом и, в качестве второй амидной компоненты, трифторацетамидом, 1Н-бензотриазолом или их гидроксиметильными производными, а также метансульфонамидом дают как линейные, так и гетероциклические структуры, в состав которых входят две различные амидные группировки. Для сравнения поведения в реакции гидроксиметилирования сульфонамидов и амидов карбоновых кислот мы провели реакцию трифторацетамида с параформом в конц. H2SO4. В отличие от реакции трифламида с параформом в аналогичных условиях (схема 2), единственным продуктом оказался метиленбис(трифторацетамид) (XI): + CF3 CF3 CF3 O CH2O NH2 H2SO4 o O 20 C, 6 ÷ NH NH (5) O XI (68%) Попытка провести циклизацию соединения (XI) по реакции его с параформом привела к N-гидроксиметил(трифторацетамиду) (XII): CF3 CF3 + O NH NH O CH2O CF3 H2SO4 o 20 C, 3 ÷ XI O NH OH (6) XII (50%) Мы провели реакцию гидроксиметильного производного (XII) с трифламидом с целью получить смешанный продукт конденсации. По данным ЯМР 1 Н и С 13 образуется смесь следующего состава (схема 7), из которой целевой продукт (XIII) был выделен возгонкой с выходом 30%: CF3 O NH CF3SO2NH2 OH I H2SO4 o 20-65 C, 3.5 ÷ II (5%) XII + V + XI (10%) (25%) CF3 + O NH (7) HNSO2CF3 XIII (60%) 8 Смешанный циклический продукт конденсации, бис(трифторметилсульфонил)-1,3,5-триазинан (XIV), 1-метилсульфонил-3,5- образуется в небольшом количестве наряду с соединением (II) при взаимодействии эквимольной смеси трифламида и метансульфонамида с параформом в конц. H2SO4. Соотношение (II) : (XIV) составляет 5:1: CF3SO2NH2 CH3SO2NH2 CH2O, H2SO4 o 40 C, 6 ÷ I SO2CH3 N CF3SO2NH CF3SO2NH II CF3SO2 N N (8) SO2CF3 XIV (6%) Смешанный продукт конденсации трифламида, параформа и бензотриазола – N-(1-H-1,2,3-бензотриазол-1-илметил)трифторметансульфонамид (XV) получен как по реакции конденсации 1-оксиметилбензотриазола с трифламидом, так и с помощью однореакторной трехкомпонентной реакции бензотриазола с СН2О и трифламидом: N N N CF3SO2NH2 H2SO4, 20 oC, 2 ÷ OH N N N CF3SO2NH2, CH2O H2SO4, 70 oC, 3 ÷ N XV (90%) N NH (9) NHSO2CF3 В первом случае образуется >30% примеси соединения (II), во втором – незначительная примесь гетероцикла (V), которая легко отделяется от целевого продукта (XIV) перекристаллизацией из метанола. Изучение реакций конденсации трифламида с формальдегидом с привлечением второй амидной компоненты показало возможность как однореакторного их проведения, так и взаимодействия гидроксиметильных производных амидов с трифламидом с образованием смешанных продуктов. 1.3. Конденсация трифламида и формальдегида с амидами и имидами двухосновных карбоновых кислот Исследование трехкомпонентных реакций параформа с трифламидом и амидами дикарбоновых кислот (оксамидом, малонамидом, сукцинамидом) показало, что результат реакции определяется числом метиленовых групп в молекуле амида. 9 В реакции с оксамидом получены линейные продукты конденсации по одной (XVI) или обеим амидным группам (XVII) и (XVIII), гетероцикл (XIX) и примесь соединения (II): O TfNH2 NH2 O H2SO4, AcOEt o 20-60 C, 2-48 h CH2O O H2N NH2 O NH NHTf TfHN O O O O O HN XVI (25 %) Tf = CF3SO2 TfHN O II N O XVIII 22% NHTf O O NHTf NH XVII (5%) (10) NHTf XIX (34%) Анализ зависимости соотношения продуктов от условий реакции позволил заключить, что вначале образуется продукт монозамещения (XVI). Далее он подвергается оксиметилированию по первичной амидогруппе с последующей конденсацией с трифламидом до продукта дизамещения (XVII), либо по вторичной амидогруппе с последующей циклизацией до гетероцикла (XIX). Попытка провести смешанную гетероциклизацию оксамида с параформом и соединением (II) приводит к гетероциклу (XIX) как к основному продукту. Неожиданный результат получен при изучении конденсации параформа с трифламидом и малонамидом. С помощью РСА установлено, что образуется 4,10-бис(трифторметилсульфонил)-2,4,8,10-тетраазаспиро[5.5]Рис. 2 Структура спироцикла (XX) ундекан-1,7-дион (XX) (Рис. 2). Очевидно, продукт (ХХ) образуется в результате трехкомпонентной гетероциклизации с участием как обеих амидных групп малонамида, так и его активной метиленовой группы: CH2 H N H O H O CH2 H O CF3SO2 C C H N H N SO2CF3 H O C O H N CH2 O O H CF3SO2 [H+] -4 H2O CH2 NH N (11) HN O N XX (28%) H 10 SO2CF3 В продолжение этих исследований мы изучили взаимодействие сукцинамида, а также имидов – сукцинимида и фталимида, с трифламидом и формальдегидом в различных условиях. Направление реакции с сукцинамидом зависит от растворителя. В конц. серной кислоте помимо соединения (II) образуется продукт тройной конденсации по обеим амидным группам (XXI), который был выделен после отделения продукта (II). В этилацетате в присутствии серной кислоты кроме (II) неожиданно был получен циклический продукт амидометилирования – N- [(трифторметилсульфонил)аминометил]сукцинимид (XXII): O H2SO4 CF3SO2NH2 II o O 20 C, 2 ä NH2 O HNSO2CF3 NH HNSO2CF3 O NH2 CH2O NH XXI (24%) O AcOEt, H2SO4 o II AcOEt, H2SO4 o 40 C (12) 16 ÷ N HNSO2CF3 20 C, 4 ÷ O XXII (11%) Возможность образования продукта (XXII) путем трифламидометилирования сукцинимида была исключена, т.к. было показано, что сукцинимид в этих условиях не образуется. Напротив, продукт (XXI) в смеси этилацетат–серная кислота при 40 °C в течение 16 ч почти полностью циклизуется в (XXII). Это позволило предложить следующую последовательность образования (XXII) (схема 13), включающую стадию протонирования соединения (XXI) по одному из атомов кислорода с последующей атакой свободной амидной группы по атому углерода протонированной амидной группы и замыканием цикла: O O H+ NH XXI NH HNSO2CF3 HNSO2CF3 NH HNSO2CF3 NH HO OH XXII (13) -TfNHCH2NH2 -H+ HNSO2CF3 + XXI-H Попытка получения продукта (XXII), а также его фталимидного аналога альтернативным способом по реакции натриевой соли трифламида с N-хлор11 метильными производными этих имидов в ДМФА неожиданно привела к бисзамещенным трифламидам (XXIIIа,б), причем (XXIIIа) получается в качестве единственного продукта реакции даже при эквимольном соотношении реагентов: O O R R NCH2Cl + CF3SO2NHNa ÄÌ ÔÀ o N 60-140 C, 3 ÷ O O R = CH2CH2 (a); (15%) Таким образом, R O (á). (14) N N SO2CF3 O XXIIIa,á (38%) трехкомпонентные реакции конденсации с участием трифторметансульфонамида дают как линейные, так и гетероциклические продукты, являющиеся перспективными синтонами в органическом синтезе. Данные реакции позволяют легко проводить трифламидометилирование самых различных Nнуклеофильных субстратов. Амиды и имиды дикарбоновых кислот позволяют в условиях таких реакций получать гетероциклические продукты с трифламидной группой как в составе цикла, так и в боковой цепи. Данные трехкомпонентные реакции для сульфонамидов осуществлены впервые. 2. Реакции трифторметилсульфонилнитрена с непредельными соединениями 2.1. Взаимодействие стирола с трифламидом в системе t-BuOCl-NaI-CH3CN До наших исследований реакции трифторметилсульфонилнитрена с алкенами были представлены единственной работой, в которой с низким выходом получены трифторметилсульфонилазиридины, легко раскрывающиеся с образованием αтрифламидоэфиров.* С целью расширения синтетического потенциала трифламида нами была предпринята попытка осуществить гетероциклизацию алкенов по реакции с трифламидом как источником трифторметилсульфонилнитрена. Для генерации нитрена была выбрана окислительная система t-BuOCl + NaI. В реакции трифламида со стиролом в системе t-BuOCl/NaI·2H2O азиридины не образуются. В данной реакции были выделены и идентифицированы три продукта – трифтор-N-[2-фенил-2* Hu Y., Zhu S. // Tetrahedron. 2001. Т. 57. N 4. P. 669-674. Нитрен генерировали из CF3SO2N3. 12 (трифторметисульфонил)аминоэтил]метансульфонамид (XXIV), 1-фенил-2-иод- этанол (ХХV) и 2,5-дифенил-1,4-бис(трифторметилсульфонил)пиперазин (XXVI), строение которого было установлено методом РСА (рис. 3): Ph t-BuOCl, NaI 2H2O + CF3SO2NH2 o Ph CH3CN, - 10 C, 8 ÷ Ph NHSO2CF3 + NHSO2CF3 SO2CF3 N Ph I + OH XXIV (52%) (15) Ph N SO2CF3 XXV (21%) XXVI (14%) Без участия трифламида соединение (XXV) не образуется. Это позволяет предположить, что продукты (XXIV) и (XXV) образуются из одного и того же азиридинового интермедиата, из которого путем раскрытия цикла под образуется действием и трифламида пиперазин (XXVI) следующей схеме: Рис. 3. Структура молекулы (XXVI). Ph t-BuOCl, NaI.2 H2O CH3CN CF3SO2NH2 ** Ph I- N Ph CF3SO2N I Ph SO2CF3 N H+, X- SO2CF3 I H2O, X = I -TfNH2 X = TfNH CF3SO2 N Ph Ph I NHSO2CF3 NHSO2CF3 XXIV Ph (16) N SO2CF3 Ph -I- OH Ph XXV CF3SO2 N Ph N SO2CF3 XXVI Для точного воспроизведения условий реакции азиридинирования алкенов сульфонилнитренами мы провели реакцию в системе (t-BuOCl + NaI) с сухим NaI. ** РСА здесь и далее выполнен в группе проф. U. Schilde (университет г. Потсдам, Германия). 13 по Реакция протекала аналогично с образованием тех же продуктов (XXIV) и (XXV), однако третий продукт (XXVII) оказался изомером пиперазина (XXVI): Ph Ph + CF3SO2NH2 t-BuOCl, NaI XXIV + XXV + CF3SO2 N o CH3CN, - 10 C, 8 ÷ (52%) (21%) N SO2CF3 (17) Ph XXVII (8%) Несимметричную структуру (XXVII) подтверждает наличие сигналов двух различных групп CF3 в спектрах ЯМР и данные масс-спектрометрии. Предположительно, образование двух изомеров (XXVI) и (XXVII) связано с раскрытием цикла в промежуточном азиридине (схема 14) по связи N–CH2 или N– CH(Ph), соответственно. сольватированного иодид При иона этом, и раскрытие стерически под действием затрудненного объемного N-нуклеофила [CF3SO2NCH(Ph)CH2I]– вероятнее по связи N–CН2, а с сухим NaI атака менее объемного несольватированного иодид иона может идти по атому С2, приводя к изомерному аниону [CF3SO2NCH2CH(Ph)I]– и далее к продукту (XXVII). 2.2. Реакции трифторметансульфонилнитрена с α-метилстиролом и 2-метилпентеном-1 С целью изучения направления взаимодействия трифторметансульфонамида с другими алкенами, проведены реакции с α-метилстиролом и 2-метилпентеном-1. В отличие от стирола, α-метилстирол реагирует с трифламидом в системе t-BuOCl + NaI с образованием только 1-иод-2-фенилпропан-2-ола, производные трифламида в данной реакции обнаружены не были: Ph Me Me CF3SO2NH2, t-BuOCl, NaI CH3CN, - 10 oC, 6 ÷ Ph CH2I (18) OH XXVIII В реакции с 2-метилпентеном-1 было выделено три продукта – N,N'-(2метилпентан-1,2-диил)бис(1,1,1-трифторметансульфонамид) (XXIX), 1,1,1-трифторN-(2-гидрокси-2-метилпентил)метансульфонамид (XXX) и метилпентан-2,1-диил)]бис(1,1,1-трифторметансульфонамид) (XXXI): 14 N,N’-[оксибис(2- Me CF3SO2NH2 + Pr CH3CN, - 10 oC, 6 ÷ Pr Me CF3SO2HN + CF3SO2HN Me Pr OH XXX (7%) XXIX (71%) O CF3SO2NH + Me Pr NHSO2CF3 t-BuOCl, NaI 2H2O (19) NHSO2CF3 Me Pr XXXI (6%) Как показано выше, реакции трифламида с геминальными алкенами, в отличие от стирола, протекают в направлении их трифламидирования с образованием линейного аддукта (XXIX) и гидратации с образованием спиртов (XXVIII) и (XXX). Эфир (XXXI), очевидно, является продуктом дегидратации соединения (XXX). 2.3. Реакция трифторметансульфонилнитрена с 1,5-циклооктадиеном Реакции сульфонилнитренов с диенами известны только для 1,3-диенов, а для нитренов, генерируемых из сульфонамидов в системе (t-BuOCl + NaI), не изучены вообще. Мы исследовали взаимодействие 1,5-циклооктадиена (1,5-COD) с трифламидом в указанной окислительной системе. Трансанулярное присоединение к 1,5-COD может приводить к бициклическим соединениям трех типов: бицикло[3.3.0]октанам, 9-гетеробицикло[3.3.1]нонанам или 9-гетеробицикло[4.2.1]нонанам. При взаимодействии эквимольных количеств 1,5COD и трифламида в системе (t-BuOCl + NaI) было получено два продукта, идентифицированных методом РСА как эндо,эндо-2,5-дииодо-9-оксабицикло[4.2.1]нонан (XXXII) и эндо,эндо-2,5-дииодо-9-(трифторметилсульфонил)-9-азабицикло[4.2.1]нонан (XXXIII): O + CF3SO2NH2 SO2CF3 N + t-BuOCl, NaI 2H2O, CH3CN o (20) I - 10 C, 1.5 ÷ I I XXXII (7%) I XXXIII (14%) 15 Рис. 3. Структура 2,5-дииодо-9-оксабицикло[4.2.1]нонана (XXXII) и 2,5-дииодо-9(трифторметилсульфонил)-9-азабицикло[4.2.1]нонана (XXXIII). Образование соединений (XXXI) и (XXXII) в реакции (20) представляет собой первый пример прямого циклоприсоединения перфторалкилсульфонилнитренов к диенам, приводящего к соединениям бициклононанового ряда. Выводы 1. Проведено систематическое исследование двухкомпонентных реакций конденсации параформа с трифторметансульфонамидом в различных условиях и трехкомпонентных реакций конденсации с участием второй амидной компоненты. 2. Реакция конденсации параформа с трифторметансульфонамидом в смеси этилацетат-серная кислота приводит исключительно к циклическим продуктам, в том числе комплексу трифламида с 2,4,8,10-тетраоксоспиро[5.5]ундеканом. Неожиданное образование данного спироцикла в условиях реакции является первым примером восстановления сложноэфирной группы до спиртовой под действием формальдегида. 3. Направление трехкомпонентных реакций трифторметансульфонамида с параформом и амидами дикарбоновых кислот определяется числом метиленовых групп в молекуле амида. а) с оксамидом образуются как линейные продукты конденсации по одной или обеим амидным группам, так и продукт гетероциклизации, N-[(4,5-диоксо-1,3оксазолидин-3-ил)метил]трифторметансульфонамид. б) с малонамидом образуется спироциклический продукт конденсации с участием двух амидных и метиленовой групп малонамида. 16 в) с сукцинамидом в зависимости от условий образуется либо продукт конденсации по обеим амидным группам, либо N-замещенный сукцинимид, содержащий трифламидную группу в боковой цепи; предложен и подтвержден механизм реакции. 4. Взаимодействием трифторметансульфонамида с трифторацетамидом, 1H- бензотриазолом, метансульфонамидом, сукцинимидом, фталимидом или их оксиметильными производными получен ряд симметричных и несимметричных линейных продуктов конденсации. 5. Реакция трифторметансульфонилнитрена со стиролом в системе (t-BuOCl + NaI) не приводит к азиридинам, а дает трифтор-N-[2-фенил-2-(трифторметилсульфонил)аминоэтил]метансульфонамид, 1-фенил-2-иодэтанол и, в зависимости от условий реакции, 2,5-дифенил- или 2,6-дифенил-1,4-бис(трифторметилсульфонил)пиперазин. 6. Найден первый пример образования соединений бициклононанового ряда путем прямого циклоприсоединения нитренов к диенам; взаимодействием трифторметансульфонилнитрена с 1,5-циклооктадиеном в системе t-BuOCl + NaI·2Н2О получены эндо,эндо-2,5-дииодо-9-(трифторметилсульфонил)-9- азабицикло[4.2.1]нонан и эндо,эндо-2,5-дииодо-9-оксабицикло[4.2.1]нонан. Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях: 1. Мещеряков В.И., Данилевич Ю.С., Москалик М.Ю., Стецюра Н.Ю., Заводник В.Е., Бельский В.К. Трифламидометилирование амидов и сульфонамидов // ЖОрХ. - 2007. - Т. 43. - № 6. - С. 799-805. 2. Мещеряков В.И., Москалик М.Ю., Kelling A., Schilde U., Ушаков И.А., Шаинян Б.А. Оксиметилирование трифторметансульфонамида параформом в этилацетате // ЖОрХ. - 2008. - Т. 44. – № 2. - С. 313-317. 3. Москалик М.Ю., Мещеряков В.И., Шаинян Б.А. Взаимодействие амидов и имидов γ-дикарбоновых кислот с трифторметансульфонамидом и формальдегидом // ЖОрХ. – 2009. – Т. 45. – № 11. – С. 1654-1659. 4. Мещеряков В.И., Москалик М.Ю., Starke I., Шаинян Б.А. Конденсация трифторметансульфонамида с параформом и оксамидом // ЖОрХ. - 2010. - Т. 46. - № 10. - С. 1467-1471. 17 5. Shainyan B.A., Moskalik M.Y., Starke I., Schilde U. Formation of unexpected products in the attempted aziridination of styrene with trifluoromethanesulfonyl nitrene // Tetrahedron. - 2010. - Vol. 66. - N 43. - P. 8383-8386. 6. Москалик М.Ю., Шаинян Б.А. 2,6-Дифенил-(1,4-трифторметилсульфо- нил)пиперазин // ЖОрХ. – 2011. – Т. 47. – № 4. – С. 565–568. 7. Meщеряков В.И., Данилевич Ю.С., Москалик M.Ю., Стецюра Н.Ю., Шаинян Б.A. Реакции оксиметилирования трифторметансульфонамида и трифторацетамида // 7-я Всероссийская конференция «Химия фтора». Тез. докл., Москва, 2006. – С. 31. 8. Sigalov M., Shainyan B., Meshcheryakov V., Moskalik M. Structure and Stereodynamics of N-Triflynated 1,3,5-Triazinane and 1,3,5-Dioxaazinane // 15-th Eur. Symp. Fluor. Chem. Abstr., Prague, 2007. - P. 249. 9. Meщеряков В.И., Шаинян Б.A., Москалик М.Ю. Новые продукты конденсации трифторметансульфонамида с формальдегидом // Всероссийская конференция «Современные проблемы органической химии». Тез. докл., Новосибирск, 2007. - С. 220. 10. Москалик М.Ю., Мещеряков В.И., Шаинян Б.А. Замыкание и раскрытие цикла в реакциях амидов и имидов двухосновных карбоновых кислот с трифламидом // Международная конференция «Новые направления в химии гетероциклических соединений». Тез. докл., Кисловодск, 2009. - С. 391. 11. Москалик М.Ю., Мещеряков В.И. Гетероциклы в реакциях конденсации трифторметансульфонамида // Всероссийская молодежная конференция- школа «Идеи и наследие А.Е. Фаворского в органической и металлоорганической химии 21 века». Тез. докл., Санкт-Петербург, 2010. - С. 37. Автор выражает искреннюю благодарность к.х.н. Мещерякову Владимиру Ивановичу за неоценимую помощь и участие в создании данной работы 18