Лаборатория гетероциклических соединений (№3)

• Химия гетероциклических соединений;
• Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения;
• Многокомпонентные реакции с участием карбо- и гетероциклических енолов, карбонильных соединений и кислоты Мельдрума;
• Синтез монотиооксамидов, тиогидразидов оксаминовых кислот и их превращения в гетероциклические продукты;
• Поведение органических веществ при ультрафиолетовом облучении, препаративные фотохимические 6π-электроциклизации;
• Циклизация терариленов в поликонденсированные продукты в условиях УФ-экспозиции;
• Синтез и исследование физико-химических и спектральных свойств фотоактивных веществ (дигетарилэтены, фульгиды, фульгимиды);
• Направленный синтез гетероциклических продуктов, представляющих практический интерес (фотохромные материалы, элементы полевых транзисторов, устройств оптической памяти, фотогенераторы кислот, лекарственные препараты и т.д.).

✓  Изучен фотолиз орто-галогензамещённых диарилэтенов. Обнаружено, что фотоциклизация происходит с высвобождением бромида катиона, который можно использовать как в качестве бромирующего агента, так и в качестве кислоты Льюиса для катализа электрофильных реакций.

✓  Разработан метод синтеза аналогов комбретастатина А-4 (СА-4) путем циклизации поляризованных триарилдивинилкетонов с использованием соляной кислоты. При использовании ультразвука время реакции сократилось примерно в 30 раз. Другим преимуществом этого нового метода является простота эксплуатации и простота обработки. Было показано, что амфифильность субстрата и низкий энергетический барьер реакции являются предпосылкой для электрофильных и согласованных реакций в водных условиях.

✓  Исследовано влияние акцепторов электронов и протонов на фотоциклизацию диарилэтенов. Без каких-либо добавок реакция депротонирования является преобладающей, хотя не исключены и другие процессы, в том числе сигматропный сдвиг. Эксперимент по обмену дейтерия показал, что сильное основание (DABCO) облегчает реакцию депротонирования, тем самым ограничивая сигматропный сдвиг. В присутствии окислителя или дополнительных источников радикалов (O2, I2, TEMPO) процессы депротонирования и перегруппировки (H-сдвиг) практически не наблюдаются, и реакция протекает по радикальному пути с образованием фенантрена или его гетероциклический аналог.

✓  Управление равновесием между кетоном и енолом с помощью света открывает широкие возможности в химии материалов и фотофармакологии. Путем включения β-кетоэфира в этеновый мостик диарилетена мы достигли обратимой индуцированной светом таутомеризации с образованием термостабильного енола. В исходном состоянии таутомерное равновесие почти полностью смещено в сторону кетона. Фотоциклизация диарилетена приводит к новому равновесию, содержащему значительную долю таутомера енола.

✓  Изучены фотостабильность и антипролиферативная активность аналогов комбретастатина А-4 (СА-4) в отношении клеток эпидермоидной карциномы человека А-431. Впервые было показано, что УФ- или солнечное облучение фураноновых аналогов СА-4 приводит к фотореорганизации, давая продукты с относительно низкой антипролиферативной активностью. Наблюдаемая способность этой серии CA-4 к фотодеградации может быть использована для создания нового класса лекарственных препаратов-кандидатов с высокой селективностью по отношению к раковым клеткам.

✓  Ряд фотохромных диарилэтенов с различными мостиковыми фрагментами был исследован в качестве светочувствительных компонентов органических полевых транзисторов с возможностью фотопереключения. Было показано, что присутствие карбонильной группы и ее положение в этеновом мостике молекулы диарилетена сильно влияет на электрические характеристики и стабильность устройств. В частности, соединения с карбонильными группами обнаруживают более сильные светоиндуцированные эффекты переключения (более широкие окна памяти), в то время как стабильность сформированных электрических состояний была очень скромной. Напротив, устройства с неполярным циклопентеновым мостиком требовали более длительного времени для переключения, в то время как индуцированные электрические состояния демонстрировали превосходную стабильность, необходимую для ячеек памяти. Установленная взаимосвязь молекулярная структура и характеристики устройства и выявленные механизмы работы устройства должны способствовать рациональному проектированию новых материалов для усовершенствованной оптической памяти, тем самым прокладывая путь к их практическому применению.

✓  Впервые предложена стратегия препаративного бензаннелирования ароматических гетероциклов путем фотоциклизации 1,2-дигетарилэтенов. Предложенный метод эффективен для аннелирования широкого ряда гетероциклов и обеспечивает C-, N-, O- или S-заместители в полученных бензогетероциклах.

✓  Мы изучили фотореакцию 1,2-диарилэтенов в аэробных условиях в присутствии различных аминов для предотвращения побочных процессов, вызванных синглетным кислородом. Было обнаружено, что наиболее эффективной добавкой для предотвращения побочных процессов, в том числе связанных с синглетным кислородом, является имидазол, который практически не расходуется в фотореакции. Было показано, что имидазол также может предотвращать фотодеградацию органических фотохромов в растворах. Полученные результаты могут быть использованы в различных областях науки, техники и медицины для повышения фотостабильности светочувствительной органики (красителей).

✓  Было проведено механистическое исследование фотоиндуцированной перегруппировки диарилэтенов стационарным и лазерным импульсным фотолизом, а также расчетами по теории функционала плотности (DFT). Установлено, что механизм перегруппировки включает несколько термических стадий. Как синглетное, так и триплетное состояния исходного соединения могут быть преобразованы в продукт реакции, что приводит к зависимости квантового выхода от концентрации растворенного кислорода. В эксперименте по лазерному импульсному фотолизу были зарегистрированы три реакционноспособных интермедиата; предсказанные структуры соответствуют расчетам электронных спектров поглощения методом DFT. В дополнение к ранее предложенному механизму перестройки скелета, основанному на сигматропном сдвиге водорода, были определены два новых параллельных пути, основанных на образовании карбаниона / карбокатиона.

✓  Был разработан новый фотохимический метод получения ранее неизвестных замещенных 4a,7a-дигидрокси5-метил-3,4,4a,7a-тетрагидро-1Н-циклопента[b]пиридин-2,7-дионов на основе легкодоступных производных алломальтола, содержащих амидную группу.

✓  Разработан препаративный метод синтеза ранее неизвестных бензо[5,6]хромено[8,7-d]оксазол-2,7(3Н)-дионов. Показано, что предложенная фотоциклизация замещенных оксазол-2-онов может быть использована для фотогенерации биологически активных спиртов и различных кислот.

✓  Был разработан метод синтеза замещенных производных колхицина на основе многокомпонентной реакции колхицеина, арилглиоксалей и кислоты Мельдрума