е/я-бутилпиррол
1. Основные закономерности распада 7-метил-2-(метилсульфанил)-3-метокси-4,5-дигидро-3//-азепина и его структурных изомеров — 2,2-диметил-6-(метилсульфанил)-5-метокси-2,3-дигидропиридина, 1-изопропил-2-(метилсульфанил)-3-метоксипиррола.
2. Основные закономерности распада 2-(метилсульфанил)-4,5-дигидро-3//-азепииов.
3. Основные закономерности распада 6-алкокси- и 6-арил (гетарил)-3//-азепинов.
4. Основные закономерности фрагментации молекулярных ионов 1-алкил (циклоалкил, арил)-3-алкокси (арил)-2алкилсульфанил)пирролов.
5. Основные закономерности распада 7-метил-2-(метилсульфанил)-3-(1-этоксиэтокси)-4,5-дигидро-3#-азепина и его структурных изомеров (2,3> дигидропиридина, пиррола, тиофена).
6. Первый пример перегруппировки Мак-Лафферти в ряду 5-ацеталь-2,3-дигидропиридинов и 3-ацетальпиридинов — производных а-литиированного 1-(1-этоксиэтокси)аллена и метоксиметилизотиоцианата.
III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
1. Соединения.
2. Приборная часть.
ВЫВОДЫ.
Азотсодержащие гетероциклы пирролы, пиридины, азепины и их гидрированные аналоги, являются ключевыми структурными фрагментами многих биоактивных молекул природного и синтетического происхождения, включая фармацевтические субстанции, и играют исключительно важную роль' в процессах жизнедеятельности. Не менее существенно значение соединений этих классов и в других областях практики, например, в синтетической органической химии, материаловедении, нелинейной оптике, супрамолекулярной химии, в производстве пестицидов, поверхностно-активных веществ, специальных каучуков, ионообменных смол, медицинских препаратов, витаминов и т. д. Поэтому поиск рациональных путей их синтеза, равно как и всестороннее и систематическое изучение их свойств, в том числе реакционной способности в условиях ионизации электронами (ЭИ), являются актуальной задачей.
В Иркутском институте химии им. А. Е. Фаворского СО РАН разработана концептуально новая стратегия конструирования гетероциклического ядра из алленовых карбанионов и изотиоцианатов, позволившая синтезировать уникальные ряды азоти серосодержащих гетероциклов с редкими и трудновводимыми заместителями, в том числе ранее неизвестных пирролов, пирролинов, дигидропиридинов, хинолинов, дигидроазепинов, азепинов, тиофенов, тиетанов и др. Однако химические и физико-химические (в т.ч. спектральные) свойства новых гетероциклов — потенциальных биологически активных соединений, лекарственных препаратов и полупродуктов для их получения — практически не изучены.
Цель работы: систематическое изучение реакционной способности новых групп структурно изомерных пяти-, шестии семичленных азагетероциклов, получаемых из одних и тех же предшественников — 1,2,3-замещенных пирролов, 2,5,6-замещенных 2,3-дигидропиридинов, 2,3,7-замещенных 4,5-дигидро-3//-азепинов — и их некоторых производных — пиридинов и 3Н-азепинов в условиях ионизации электронамивыявление диагностических ионов, установление спектро-структурных корреляций и разработка методик экспресс-анализа смесей структурных изомеров,.
Научная новизна и практическая значимость работы.
Изучено поведение ранее неизвестных гетероциклических структурных изомеров — пирролов, 2,3-дигидропиридинов, 4,5-дигидро-3//-азепинов — и их производных — пиридинов и З./7-азепинов в условиях ионизации электронами и сформулированы эмпирические правила, связывающие строение этих практически важных классов соединений с их масс-спектрами. Показано, что характер фрагментации при ЭИ структурных изомеров исследованного ряда гетероциклических соединений резко различается, причем изомеризации друг в друга молекулярных и фрагментных ионов не происходит. Определены масс-спектрометрические маркеры.
Обнаружена новая термически-индуцируемая реакция элиминирования алканола, приводящая к ранее неизвестным 7-(метилсульфанил)-ЗН-азепинам в случае 3-алкокси-4,5-дигидро-ЗН-азепинов и к 3-(1-этоксиэтокси)-2-(метилсульфанил)пиридину в случае 2-метокси-6-(метилсульфанил)-5-(1-этоксиэтокси)-2,3-дигидропиридина.
Полученные результаты могут быть использованы для экспресс-идентификации трудноразличимых (другими методами) структурных изомеров термолабильных азагетероциклов синтетического и природного происхождения, исследования их реакционной способности в условиях ЭИ и термолиза.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР Иркутского института химии им. А. Е. Фаворского СО РАН по теме: «Строение, стереоэлектронные эффекты и свойства гетероциклических и гетероатомных ациклических соединений по данным современных методов спектроскопии и квантовой химии» (номер государственной регистрации 01.200 704 814), при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований: Проект номер 05−332 578 «Необычные тандемные трансформации азатриеновых систем под действием оснований: оригинальный синтез азациклогептатриенов и — диенов (таутомерных азепинов и дигидроазепинов)», Проект номер 09−03−890 «Контролируемые заместителями и катализаторами автотрансформации гетерополиеновых систем — универсальных прекурсоров фундаментальных карбои гетероциклов», а также в рамках Интеграционного научного проекта по приоритетному направлению 5.1 «Теоретическая химия и развитие методологии органического и неорганического синтеза, новые методы физико-химических исследований» по теме: «Генерируемые in situ карбанионы 2-аза-1,3,5-триеновых систем как предшественники 3#-азепинов и дигидроазепинов». (Постановление Президиума СО РАН от 15.01.2009 номер 11).
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы представлялись на Всероссийской конференции с международным участием «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы» (Москва, 2005), Международной конференции «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности» (Санкт-Петербург, 2006), Третьем съезде ВМСО (Москва, 2007), Международной конференция «Химия соединений с кратными углерод-углеродными связями»", посвященной 140-летию Российского химического общества имени Д. И. Менделеева (Санкт-Петербург, 2008), Четвертом съезде ВМСО (Москва, 2009).
По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи и 6 тезисов.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 99 схем и состоит из введения и трех глав. Первая глава (литературный обзор) посвящена рассмотрению общих и специфических закономерностей фрагментации пяти-, шестии семичленных азаи тиагетероциклов при электронной ионизации. Во второй главе изложены результаты собственных исследований автора. Необходимые экспериментальные подробности описаны в третьей главе. Завершается рукопись выводами и списком.
выводы.
1. Установлены схемы фрагментации в условиях ионизации электронами в газовой фазе ранее неизвестных 5- и 7-членных азагетероциклов — 6-алкокси-, 6-фенил-, 6-(пиррол-1-ил) — и 6-(5-метил-2-тиенил)замещенных ЗЯ-азепинов- 3-алкокси-, 3-фенили 3-(пиррол-1-ил)замещенных 2-(метилсульфанил)-4,5-дигидро-ЗЯ-азепинов и их структурных изомеров: 3-алкокси-, З-фенил-2-(метилсульфанил)пирролов.
2. Характер фрагментации исследованных 1-алкил (циклоалкил, арил)-3-алкокси (арил)-2-(метилсульфанил)пирролов определяется стереоэлектронными характеристиками алкильной части заместителя в третьем положении. Для 1-алкил-2-(метилсульфанил)-3-фенилпирролов (Alk = Ме, /-Рг) при ЭИ доминирует направление с разрывом связи S-Me. Влияние заместителя у атома азота проявляется при дальнейшем распаде первичных ионов.
3. Установлено, что фрагментация молекулярного иона шестичленных N-гетероциклов, содержащих ацетальную функцию при атомах С-5 или С-3, характеризуется двумя основными направлениями: простым разрывом связей С-0 в этом заместителе и перегруппировкой Мак-Лафферти — с элиминированием молекулы этоксиэтена.
4. Распад молекулярных ионов 3-алкоксипроизводных (Alk = Et, -'-Рг, /-Bu) 2-(метилсульфанил)-4,5-дигидро-ЗЯ-азепинов и 2-алкил-6-алкоксипроизводных (R1 = МеО, ЕЮ, /-РЮ) ЗЯ-азепинов подчиняется закономерностям, характерным для простых алкиловых эфиров. Фрагментация 3-фенили 3-(пиррол-1-ил)замещенных дигидроазепинов и 6-арил (гетарил)-ЗЯ-азепинов протекает в основном по «сульфидному» типу.
5.Показано, что молекулярные и осколочные ионы 3-метокси-7-метил-2-(метилсульфанил)-4,5-дигидро-ЗЯ-азепина и его структурных изомеров: 2,3-дигидропиридина и пиррола, 7-метил-2-(метилсульфанил)-3-(1-этоксиэтокси)-4,5-дигидро-3//-азепина и его структурных изомеров (2,3-дигидропиридина, пиррола и тиофена), полученных из литиированных алленов и изотиоцианатов, не изомеризуются друг в друга. Определены диагностические ионы, позволяющие идентификацию этих изомеров.
6. При хроматографическом вводе образцов обнаружена новая термически-индуцируемая реакция элиминирования алканола. Установлено, что частичная термическая деструкция 3-алкокси-4,5-дигидро-ЗН-азепинов с элиминированием алканола приводит к ранее неизвестным 7-(метилсульфанил)-ЗН-азепинам. 2-Метокси-6-(метилсульфанил)-5-(1этоксиэтокси)-2,3-дигидропиридин элиминирует метанол в интервале 170−210°С, а при температуре 250 °C подвергается термо деструкции с образованием метанола, этоксиэтена и 2-(метилсульфанил)пиридин-3-ола.