УДК 547.793.2

Химия фуразанов, конденсированных с шести- и семичленными гетероциклами с одним гетероатомом

А.Б.Шереметев

Институт органической химии им. Н.Д.Зелинского Российской академии наук 117913 Москва, Ленинский просп., 47, факс: (095)135-5328

Систематизированы и обобщены литературные данные по синтезу и свойствам производных фуразана, конденсированных с пиридиновым, пирановым, тиопирановым, азепиновым и тиепиновым циклами. Библиография — 85 ссылок.

Оглавление

I.  Введение

П.  Фуразановый цикл как фрагмент бициклической системы

III. Фуразанопиридины

IV. Фуразанопираны

V.  Фуразанотиопираны

VI.  Фуразаноазепины

VII.  Фуразанотиепины

VIII.  Заключение

I. Введение

Производные фуразана (1,2,5-оксадиазола) принадлежат к гетероциклическим соединениям неприродного происхождения. Первые представители фуразанов были синтезированы более ста лет назад. Последующее развитие химии этого класса соединений стимулировалось как многообразием их химических превращений, так и наличием ряда интересных свойств, обусловливающих возможность использования фуразанов в медицине, сельском хозяйстве и некоторых областях техники.

Лишь в этом десятилетии своеобразие химического поведения фуразанов и их TV-оксидов (фуроксанов), а также большой фактический материал, постоянно пополняющийся за счет работ многочисленных групп исследователей, послужили поводом к публикации нескольких обзоров ¹⁰ и монографий ¹².

Конденсированные системы, состоящие из двух и более гетероциклов, из которых хотя бы один является фуразановым, заслуживают пристального внимания и с теоретической точки зрения, и благодаря возможности их применения в качестве полупродуктов в синтезе. Некоторые производные этого класса соединений предлагали использовать в качестве гербицидов, модификаторов резин, жидких кристаллов, люминесцентных красителей, взрывчатых веществ.

Системы, в которых фуразановый цикл конденсирован с пятичленными гетероциклами, рассмотрены в обзоре⁶. Настоящий обзор посвящен наименее изученным производ-

А.Б.Шереметев. Кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории азотсодержащих соединений ИОХ РАН. Телефон: (095)938-3651, e-mail: sab@cacr.ioc.ac.ru Область научных интересов: химия полиазотистых гетероциклических соединений, фуразанов, нитросоединений.

Дата поступления 23 сентября 1998 г.

II. Фуразановый цикл как фрагмент бициклической системы

Фуразан можно рассматривать как гетероаналог циклопен-тадиена. Переход от электронодонорного циклопентадиена к электроноакцепторному фуразану сопровождается изменением химических свойств практически на диаметрально противоположные. Можно сказать, что фуразан в некотором смысле является антиподом циклопентадиена.

Последовательная замена атомов углерода на гетеро-атомы приводит к перераспределению электронной плотности и общему увеличению я-акцепторных свойств системы в ряду циклопентадиен, фуран, изоксазол, фуразан.

Передача электронных эффектов заместителей во всех этих циклах осуществляется исключительно через (гетеро)диеновую систему связей.¹³ Группа СН2 в циклопен-тадиене или атом кислорода в трех других циклах представляют собой как бы изолятор для такой передачи. Следствием этого является почти одинаковая степень ароматичности циклов.

Необходимо отметить, что степень фиксации порядка связей в гетеродиеновой системе фуразана крайне велика; производные этого гетероцикла не склонны к аннулярно-групповой таутомерии.

Наличие цепочки из трех гетероатомов в молекуле фуразана обусловливает значительный электроноакцепторный характер этого гетероцикла.^{15 17} Величины индукционных констант а* Тафта 4-К-фуразанильных групп (как заместителей) попадают в интервал 2.55-2.88 (при R = NH2

и R = NO2 соответственно).¹⁸ Для сравнения отметим, что величина а* 3-фурильной группы составляет 0.62. Общеизвестный электроноакцепторный пикрильный заместитель — 2,4,6-(NО2)3С6Н2 — имеет величину а* лишь 1.62. Наиболее близки к фуразану по этому показателю следующие заместители: CH = C(CN)₂ (a* = 2.56), CF₃ (а* = 2.6), CBr(NO₂)2 (а* = 2.8), 5-тетразолильная группа (а* = 2.82), нитрильная группа (а* = 3.25).¹⁹

На реакционную способность аннелированных производных фуразана существенное влияние оказывает также природа второго цикла — его размер, число гетероатомов, их тип и положение. Характерной чертой аннелированных фуразанов является закрепление величины порядка связи по всему контуру бициклической системы. Как известно, степень делокализации я-электронов в бензоаннелированных гетероциклах может быть оценена по методу Гюнтера ²⁰ из соотношения констант спин-спинового взаимодействия (КССВ) JhcjJah- При полной эквивалентности связей, как в бензоле, это соотношение равно 1, а при полной локализации — 0.5. Для бензофуразана по данным спектроскопии ЯМР 'Н соотношение Jbс/Jаb составляет 0.706, т. е. наблюдается значительная локализация связей.²¹

Замена звена = СН — в молекуле бензола на изоэлектронное звено = N —, как известно, приводит к снижению равномерности распределения электронной плотности и дальнейшему нарастанию локализации.¹⁴ Действительно, величина КССВ протонов a, b при переходе от бензофуразана к фуразано[3,4-6]пиридину изменяется незначительно (/ = 9.34 Гц для бензофуразана²² и / = 9.00 Гц для фураза-нопиридина²³), тогда как для протонов Ь, с это изменение значительно (/ = 6.50 и 3.70 Гц соответственно). Это очевидно указывает на снижение порядка связи b-с и, как следствие, на увеличение степени локализации при замене фрагмента = СН — в бензофуразане на = N —.

При переходе от бензола к пиридину и, далее, от бензофуразана²² к фуразанопиридину²³ наблюдается слабополь-ный сдвиг сигнала в спектрах ЯМР ^!Н, также обусловленный понижением электронной плотности в этом ряду. Заметим, однако, что влияние фуразанового цикла все же меньше, чем двух орото-нитрогрупп.

TV-Оксидный фрагмент проявляет свойства резонансного электронодонора средней силы,¹⁴ поэтому при переходе к TV-оксиду — фуроксанопиридину — электроноакцепторное влияние фуразанового цикла ослаблено. В частности, сигналы протонов при атомах С(7) в спектрах ЯМР Н обоих изомеров фуроксанопиридина сдвинуты в более сильное поле относительно величины химического сдвига этого сигнала в фуразанопиридине.²³

Для описания влияния фуразанового цикла на свойства включающих его молекул были использованы также расчетные методы²⁴ и полярографические исследования.^{25 29} Изучены кислотно-основные свойства некоторых аннелированных производных фуразана.³⁰

III. Фуразанопиридины

Известны производные всех трех возможных типов бициклов, построенных на основе фуразанового и пиридинового циклов — фуразано[3,4-6]пиридин (А), фуразано-[3,4-с]пиридин (В) и фуразано[3,4-а]пиридин (С).

1. Фуразано|3,4-61пиридины

Гетероциклическую систему фуразано[3,4-6]пиридина (А) также называют 1,2,5-оксадиазоло[3,4-6]пиридином, а ее 1(3)-оксиды — фуроксано[3,4-6]пиридинами и пиридофурок-санами.

Производные бицикла А могут быть получены как из фуразановых синтонов, так и из пиридиновых. Так, реакция З-амино-4-цианофуразана (1) с Р-дикарбонильными соединениями в присутствии каталитических количеств ацетилаце-тоната никеля приводит к лабильным енаминам 2а-е. Последние при нагревании в спирте с уксусной кислотой подвергаются внутримолекулярной конденсации, давая соответствующие аминопроизводные За-е. Суммарный выход соединений За-е составляет 80-95%.³¹³²

Даже если R¹ не равно R², как в соединении 2b, реакция проходит региоселективно, давая лишь один продукт Зb, в котором более объемный заместитель связан непосредственно с пиридиновым циклом.

Взаимодействие нитрила 1 с димедоном в присутствии ацетата никеля приводит к трициклическому соединению 4 с выходом 67%. Выделить промежуточно образующийся ен-амин в этом случае не удается.³²

Дегидратация 1,2-диоксимов (глиоксимов) — наиболее широко используемый метод синтеза фуразанов.¹⁶ Необычный вариант дегидратации был применен при получении фуразана 5: адсорбированный на силикагеле 2,3-дигидрокси- иминопиридин 6 самопроизвольно дегидратировался за 12 ч, давая соединение 5 с выходом 14%.³³

Легкодоступный фуроксанопиридин 7а может быть восстановлен до фуразана 8 кратковременным нагреванием при 100°С в триметилфосфите.²³ Аналогично может быть получено и бензоаннелированное производное 9 из соответствующего фуроксана 10.³⁴

Представленные выше фуразанопиридины синтезированы лишь недавно. Однако 1(3)-оксиды фуразанопириди-нов типа А — фуроксаны — были впервые получены более 40 лет назад.³⁵ В основе метода синтеза этих соединений лежит способность к внутримолекулярной термолитической цикло-конденсации о-азидонитроароматических соединений. Механизм этого превращения тщательно изучен с помощью кинетических исследований на примере производных бензола. '' Полагают, что атом кислорода нитрогруппы атакует атом азота  азидной группы. Процесс циклизации можно представить как синхронный перенос электронов и отщепление молекулы азота.

Так, нагревание в дихлорбензоле тетразолопиридина 11а, образующегося при обработке хлорпиридина 12а азидом натрия, приводит к элиминированию молекулы азота из промежуточного азида 13а и замыканию фуроксанового цикла. При этом образуется бицикл 7а.³⁵ Позже было показано, что соединение 7а получается примерно с таким же выходом при термолизе в некоторых других растворителях, а также без растворителя (табл. 1).

Эта реакция носит общий характер. Причем наличие любых заместителей в исходных нитротетразолопиридинах 11а—i, особенно электроноакцепторных, облегчает их превращение в таутомерные 2-азидо-З-нитропиридины и благоприятствует образованию фуроксанового цикла при термолизе (см. табл. 1).

Таблица 1. Синтез фуроксано[3,4-й]пиридинов 7а—i термолизом соответствующих тетразолопиридинов 11а—i.

Следует отметить, что фуроксанопиридин 7f существует в форме более стабильного трициклического таутомера 14.³⁷

Своеобразной модификацией этого метода является взаимодействие 3,5-динитро-2-хлорпиридина с азидом натрия в присутствии катализаторов межфазного переноса в дихлорэтане с последующим термостатированием реакционной смеси при 60°С. Фуроксанопиридин 7е получают при этом с выходом 92% без выделения промежуточного азида или тетразолопиридина.⁴⁴

Термолиз азида 15, изомерного азиду 13а, приводит к образованию фуроксанопиридина 7а, который более термодинамически устойчив, чем изомер 16.⁴⁵⁴⁶ Необходимо отметить, что для азида 15 невозможна азидо-тетразольная таутомерия, и в этом случае растворитель определяет не только выход бицикла 7а, но и направление реакции в целом. Аналогичное явление характерно для трансформации о-азидонитробензолов в бензофуроксаны. Так, соединение 7а получается в декалине при 87°С с выходом 94%, а в этаноле — 80%. Термолиз азида 15 в о-дихлорбензоле или уксусном ангидриде не приводит к производному фуроксана, а дает азосоединение 17.⁴⁶

Неудачей окончилась попытка синтеза изохинолинофу-роксана 18 термолизом азида 19.⁴⁷

Другой метод получения фуроксано[3,4-6]пиридинов заключается в окислительной конденсации 2(3)-амино-3(2)-нитропиридинов. Наиболее распространенным окислителем, позволяющим успешно получать производные этой бици-клической системы, является диацетокси-А³-иоданилбензол (прежнее название — фенилиодозоадетат). Так, простое перемешивание аминов 20а- е или изомерных им аминов 21 а-е, а также бициклических аминов 22 и 23 с этим реагентом в уксусной кислоте, ацетоне или бензоле при комнатной температуре или 50-60°С приводит к фурокса-нам 7 или 10а,Ь с выходами 70-90%.

Использование гипохлорита натрия в качестве окислителя для синтеза производных фуроксано[3,4-6]пиридина, как правило, не приводит к желаемому результату в отличие от синтеза бензофуроксанов ^!! из о-аминонитросоединений.³⁶ Известен лишь единственный пример удачного использования этого реагента. Так, амин 23 при обработке гипохлори-том натрия в метанольном растворе КОН подвергается окислительной конденсации с одновременным замещением и-хлорфеноксигруппы на метоксигруппу. Трициклическое соединение 24 образуется при этом с выходом 64%.³⁴

Кипячение трициклов 9 (и = 0) или 10 (и = 1) с диоксидом селена в диоксане приводит к окислению метильной группы. При этом альдегиды 27 и 28 образуются с выходами 56%) и 75%) соответственно.³⁴ Дальнейшее их окисление бромом в водно-бутанольном растворе бикарбоната натрия приводит к кислотам 29 (выход 72%) и 30 (выход 65%). Кислота 30 была превращена в амид 31.³⁴

Интересно, что действие такого окислителя, как хлорит натрия, не приводит к кислоте, а отщепляет альдегидную группу, окисляя атом углерода С(5) цикла. При этом изохи-полиноны 32 и 33 образуются 

с выходами 75-79%). Соединение 33 (выход 54Уо) может быть также получено омылением метоксипроизводного 24.

Обработка TV-оксида 23 избытком (N,N-диметил-амино)этиламина при 75°С приводит к замещению и-хлор-феноксигруппы. Образующийся амин 34 выделен в виде перхлората с выходом 42%.³⁴

Другой тип реакций, характерных для производных фуразано[3,4-6]пиридина, связан с трансформациями фурок-санового цикла. Например, при нагревании бициклов 7а,е в диметилсульфоксиде происходит ретрорасщепление фурок-санового кольца по связи N — О с образованием нитрогруппы и нитрена. Нитрен реагирует с растворителем, давая 5-оксиды сульфиминов 35а,е.³⁸ Облучение TV-оксида 7а УФ-лампой в водном ацетонитриле в течение 30 ч приводит к нитропиридону 36 с выходом 18%.³³

 Фуроксан 7а не окисляется m-хлорпербензойной кислотой. Однако при обработке концентрированным пероксидом водорода в олеуме фуроксановый цикл соединения 7а окисляется с образованием 2,3-динитропиридина 37 с выходом 60%. Продуктов, соответствующих окислению пиридинового атома азота, зафиксировано не было. Наличие в исходном фуроксане дополнительной нитрогруппы, как, например, в соединении 7е, делает фуроксановое кольцо устойчивым к окислению.³⁷

Диамин 38 был получен с выходом 17% при обработке фуроксана 7а сульфидом натрия. Обсуждалась также возможность образования в этой реакции и фуразана 8а, однако выделить его тогда не удалось.³⁵

Фуроксаноизохиноксалин 10 с низким выходом (10%) восстанавливается до глиоксима 39 при обработке боргидри-дом натрия при 50°С в метаноле.³⁴ Более 

 эффективно восстановление фуроксанового цикла до двух оксимных групп происходит под действием гидроксиламина. Так, из TV-оксида 7Ь и гидроксиламина образуется глиоксим 40 с выходом 54%. Необходимо отметить, что наряду с восстановлением фуроксанового фрагмента в этом случае происходит аминирование пиридинового цикла.⁴⁰

Если фотолиз (Я = 254 нм) соединения 7а проводить в присутствии морфолина в хлористом метилене в атмосфере аргона при комнатной температуре, то через 15 ч образуется ряд морфолинсодержащих продуктов, таких как глиоксим 6 (5%), фуразан 5 (9%), мономорфолилпиридин 41а (0.3%) и бисморфолилпиридин 42 (0.3%).³³

Однако с большим выходом соединение 41, как и широкий ряд его аналогов, может быть получено в условиях обычного нуклеофильного замещения. Обработка соединения 7а N- и О-нуклеофилами в водном или спиртовом растворе при 18 - 25 °С сопровождается раскрытием фуроксанового цикла с одновременным нуклеофильным замещением атома водорода при атоме С(6) пиридинового цикла.

Эта реакция была использована для синтеза серии разнообразных З-амино-2-нитропиридинов 41 и 43. Выход продуктов составляет 70-80%.⁴⁵-⁵⁰

Необходимо отметить, что аминонитропиридины типа 41, 43, также как и ряд других, упомянутых выше продуктов трансформации фуроксанопиридинов, являются потенциальными предшественниками для синтеза (например, с использованием реакций окисления) полифункциональных производных этой же бициклической системы. К сожалению, такое развитие исследований в оригинальных статьях не рассматривалось.

Совсем иначе проходит реакция между фуроксанопири-динами и аминами в присутствии карбонильных соединений, имеющих ос-метиленовое звено. При этом протекает так называемая бейрутская реакция,¹¹ когда активным нуклео-филом служит образующийся в реакционной среде енамин, атакующий не атом С(6) пиридинового цикла, а фуроксано-вый цикл. Амин лишь катализирует это превращение и не входит в состав продуктов реакции, представляющих собой rh-N,N'-оксиды азахиноксалинов 44.³⁹-⁵¹-⁵² Предполагаемый механизм этого превращения представлен ниже.

В отличие от бензофуроксанов, фуроксанопиридин 7а дает продукты бейрутской реакции с низкими выходами (20-30%). В то же время стандартная процедура очень проста и состоит в перемешивании фуроксана 7а с избытком карбонильного соединения в спирте в присутствии амина (аммиак, морфолин, пирролидин и др.) или ацетата натрия. Образующиеся да-N,N '-оксиды азахиноксалинов 44 представляют интерес для фармакологии.

Детальный анализ спектров ЯМР ^!Н и ¹³С позволил сделать полное отнесение сигналов всех атомов С и Н в производных фуразано[3,4-6]пиридина.^2313137 При работе с изомерными TV-оксидами этого бицикла ЯМР-спектроскопия особенно информативна.²³⁴⁹ Кислотно-основные свойства соединения 7h были оценены по данным потенциометриче-ского титрования в разных растворителях.⁴¹ Рентгенострук-турный анализ бициклического фуразана За³¹ и трициклического фуроксана 14³⁷ показал, что величины длин связей и валентных углов в этих соединениях близки к стандартным значениям. На основе кинетических исследований высказано предположение о схожести начальных актов термораспада соединений 7е и 7i и производных как бензо-фуроксана, так и пиридин-N-оксида. Предполагается образование трехчленных активированных интермедиатов оксазиридинового типа.⁵³"⁵⁵

Фуроксан 7а запатентован в качестве модификатора (вулканизатора) ненасыщенных полимеров.⁵⁶"⁵⁹ Нитропро-изводные этой бициклической системы являются термостойкими взрывчатыми веществами.⁴²-⁵³-⁵⁴ Биологические исследования показали, что некоторые фуразанохинокса-лины оказывают умеренное ингибирующее действие на ц-АМФ-зависимую протеинкиназу.⁶⁰

2. Фуразано(3,4-с)пиридины

Производные фуразано[3,4-с]пиридина (В) называют также 1,2,5-оксадиазоло[3,4-с]пиридинами, а их TV-оксиды—фурок-сано[3,4-с]пиридинами.

Методы синтеза производных этого класса соединений более разнообразны. В то же время подходы к получению их TV-оксидов во многом сходны с рассмотренными выше.

Первый представитель фуразано[3,4-с]пиридинов — каркасный фуразан 47 — был получен 100 лет назад при обработке гидрохлорида a,a  '-дигидроксииминотропинона (45) щелочным раствором гидроксиламина. Очевидно, что вначале происходит оксимирование свободной карбонильной группы, за которым следует дегидратация двух соседних оксимных групп в образующемся триоксиме 46. Соединение 47 было выделено с выходом 90%.⁶¹

Аналогичным способом с высокими выходами получен ряд конденсированных производных фуразана 48 на основе 2,2,6,6-тетра-⁶² и 2,6-дизамещенных ⁶³ пиперазин-4-онов 49.

При использовании несимметричных исходных соединений, таких как 49g,i, образуется смесь изомеров.

Нитрозирование хинолизиниевой соли 50 нитритом натрия в 2N соляной кислоте приводит к о-аминонитрозо-соединению 51, которое превращается, по данным авторов работы⁶⁴, в трициклическое производное 52 при перекристаллизации из этанола.

Производные фуразано[3,4-с]пиридинов были также получены исходя из фуразановых предшественников. Так, конденсация 3,4-дибензоилфуразана (53) с бензиламином в кипящем толуоле в 

присутствии диазабициклоундецена (DBU) как катализатора приводит к соединению 54а с выходом 13%.⁶⁵ Однако более эффективный метод синтеза состоит в конденсации дибензоилфуразана с солями аминов, имеющих электроноакцепторные заместители при a-атоме углерода.⁶⁶ Эта реакция приводит к производным 54Ь-е с более высокими выходами.

Реакция триоксима 55а с феррицианидом калия приводит к окислительной циклоконденсации двух соседних оксимных групп с образованием фуроксана 56а. Аналогичная обработка триоксима 55Ь сопровождается также и окислением гидроксиламинной функции, давая стабильный при обычных условиях фуроксановый нитроксильный радикал 57.⁶²

Бензоаннелированные аналоги лактамов 59,60, такие как 61, синтезированы термолизом 4-азидо-З-нитрохинолонов 62 в  кипящем бромбензоле. Соединения 61 существуют как неразделимая смесь 3- (61а) и

 1-оксидов (61Ь), что отчетливо фиксируется с помощью спектроскопии ЯМР 'Н.⁶⁸

Термолиз 4-азидо-З-нитропиридина 63 в кипящем этаноле или декалине при 80°С приводит к фуроксану 64 с выходами 74

 и 95% соответственно.⁴⁶ Необходимо отметить, что ранние попытки осуществить эту реакцию в кипящем толуоле были неудачны.⁶⁹

При окислении амина 65 диацетокси-A³-иоданилбензо-лом TV-оксид 64 образуется лишь в следовых количествах, а при окислении гипохлоритом натрия продукт 64 вообще не получается.³⁶

Попытку аннелирование фуроксанового цикла к TV-оксидам пиридинов были неудачны. Так, при термолизе TV-оксидов 66, 67 получены лишь высокоплавкие вещества, строение которых установить не удалось.⁶⁹

Дополнительная нитрогруппа в исходном азидонитропи-ридине облегчает формирование фуроксанового цикла. В этом случае необычно проявляется эффект растворителя. Так, термолиз соединения 68 в декалине дает фуроксан 69 с выходом 97%.⁴⁶ При термолизе в бензоле выход колеблется от 45 до 70%, а продукт реакции образуется в виде комплекса с растворителем. Если же проводить реакцию в уксусной кислоте, то образуется гидратированное соединение 70.⁶⁹

Соединение 69, являясь аналогом  динитробензофурок-сана,¹¹ также должно проявлять свойства суперэлектро-фила. Однако с этих позиций его реакционная способность пока не рассматривалась.

4-Азидо-З-нитрохинолин (71) при нагревании в декалине гладко превращается в фуроксан 72 с выходом 94%.⁴⁶-⁴⁷ Это же соединение образуется в качестве примеси к 3-нитрохино-лину при обработке хинолина оксидами азота.⁷⁰

Поскольку в фуразано[3,4-с]пиридинах  электроноакцеп-торный фуразановый цикл отдален от атома азота пиридинового цикла, последний проявляет основные свойства и дает соли с кислотами.⁶⁹ Наибольшую основность имеют соединения с гидрированным пиридиновым циклом.⁶¹ Напротив, нитропроизводное 69 является кислотой и образует соли с основаниями, гидразином и катионами переходных металлов, а с производными нафталина и пиреном дает комплексы с переносом заряда (данных о строении этих производных соединения 69 не приводится).⁶⁹ Оксимы 47, 48 ацилируются обычным образом при обработке хлорангидридами кислот в присутствии оснований.⁶¹-⁶³ Дезоксимирование нитроксила 57 проходит с одновременной миграцией атома кислорода TV-оксида фуроксанового цикла, приводя к кетону 73.⁶²

Окисление гидроксиламиноксима 48Ь сопровождается дезоксимированием и образованием радикального центра.⁶² Возникающий при этом фуразановый нитроксильный радикал 74 является при обычных условиях стабильным соединением.

Обработка щелочного раствора оксимов 48с—i гипохлоритом натрия приводит к нитропроизводным дигидроби-цикла 75с-i. Однако выходы продуктов, как правило, невысоки (12-43Уо). В органическом растворителе в присутствии кислоты оксимы 48с-h хлорируются нитрозилхлори-дом до хлорнитрозосоединений, которые были выделены в виде солей 76с -h с выходами 60-70%). Взаимодействие соединения 48i с нитрозилхлоридом дает хлорнитрозопро-изводное 76i с выходом лишь 7% из-за побочных реакций, обусловленных наличием тиенильного заместителя.⁶³

Нитрование бициклов 48k (R¹ = R² = R³ = Н) и 48j

(R¹ = R² = Н, R³ = Ви<) действием N₂O₄, N₂O₅, BF₄NO₂, a также смеси HNO3 с серной или трифторуксусной кислотой приводит либо к тринитропроизводному 77, либо сопровождается ароматизацией с образованием моно- (78а) или динитросоединения (78Ь). Реакция может быть направлена в сторону преимущественного образования одного из продуктов (выход до 80%).⁶³

Восстановление соединения 54Ь боргидридом натрия проходит по трем реакционным центрам — сложноэфирной группировке с образованием гидроксиметильного производного 79; по пиридиновому циклу, давая дигидропроизводное 80; по связи N — О с расщеплением фуразанового цикла, что приводит к диаминам 81 и 82. В зависимости от условий реакции (соотношение реагентов, температура, длительность реакции) может быть получена смесь соединений, обогащенная тем или иным продуктом восстановления.⁷¹ Выходы индивидуальных веществ невелики. Использование

в качестве восстановителя LiAlH4 при комнатной температуре дает спирт 79 с выходом 62%.

Цианопроизводное 54d в аналогичной реакции дает только два типа продуктов. Так, его перемешивание в течение 1 ч с боргидридом натрия в этаноле при 20°С приводит к 65% фуразана 83 и лишь к 4% диамина 84. Если же реакционную смесь кипятить в течение 10 мин, диамин 84 становится единственным продуктом реакции (выход 79%).⁷¹

Дигидропроизводные 80 и 83 при обработке NaOH в этаноле при 20°С в течение 1.5 ч или DBU в бензоле в течение 4 ч подвергаются окислительной ароматизации, давая соединения 54b,d с хорошими  выходами.⁷¹

Строение производных фуразано[3,4-с]пиридинов было изучено методами масс-спектрометрии,⁷²-⁷³ ИК-спектроско-пии,⁷¹ спектроскопии ЯМР,⁶⁷ а также УФ-спектрометрии.⁷¹

Соединение 54d предложено использовать в качестве люминесцентного красителя.⁷⁴

3. Фуразано|2,3-a] пиридины

Фуразано[2,3-а]пиридины (С) также называют 1,2,5-оксадиа-золо[2,3-а]пиридинами.

Единственный известный путь синтеза соединений этого класса базируется на пиридиновых предшественниках. Так, взаимодействие Е-изомера оксима TV-оксида 2-ацетилпири-дина (85а) с n-толуолсульфохлоридом в присутствии щелочи приводит к замыканию фуразанового цикла, давая с выходом 67% бицикл 87.⁷⁵

Предполагается, что это превращение протекает через промежуточное образование тозилата 86а. Аналогичная обработка Z-изомера 85Ь не дает бициклического продукта. Реакция останавливается на стадии образования тозилата 861).

При аналогичной обработке Е- или Z-изомеров TV-оксидов оксимов метилхинолил- и метилизохинолилкетонов замкнуть фуразановый цикл не удалось.⁷⁶

Нагревание Е-изомера 85а в уксусном ангидриде при 130°С в течение 2 ч приводит к фуразановому производному 88 с выходом 88%. При температуре ниже 100°С реакция останавливается на стадии образования ацетильного производного 89. Z-Изомер 85Ь не превращается в производное фуразана даже при высокой температуре. Образование соединения 88 происходит по радикальному механизму. Это было доказано экспериментами в присутствии источников или ловушек радикалов. Ход реакции может быть описан схемой с участием интермедиатов 90-92 (схема I).⁷⁷

Соединение 88 не изменяется при кипячении с 20%-ной соляной кислотой или щелочью. Однако оно легко броми-руется в хлороформе, давая смесь ди- (93) и тетрабромпро-изводного (94) (выход 52 и 33% соответственно). Соединение 94 при кипячении в эфире в течение 4 ч теряет молекулу брома, количественно превращаясь в дибромид 93.⁷⁷ Димер 88 устойчив к каталитическому гидрированию (Нг, никель Ренея).⁷⁷

Тозилат 87 восстанавливается водородом на Pd, давая в зависимости от условий либо гидрированный бицикл 95 (выход до 25%), либо моноциклический фуразан 96 (выход до 89%).⁷⁵

 Для установления строения этих нехарактерных для фуразана производных были тщательно проанализированы спектры ЯМР 'Н и ¹³С, наряду с УФ-, ИК- и масс-спектрами, а также использована двумерная спектроскопия ЯМР.⁷⁵⁷⁷

IV. Фуразанопираны

Из двух теоретически возможных типов бициклов (D, Е), построенных на основе фуразанового и пиранового циклов, известны лишь производные фуразано[3,4-с]пирана (Е).

Производные фуразано[3,4-с]пирана могут быть получены как из фуразановых, так и из пирановых синтонов. Так, обработка фуразан-3-карбоновой кислоты 97 уксусным ангидридом или дициклогексилкарбодиимидом (DCC) приводит к 

внутримолекулярной этерификации. Лактон 98 образуется при этом с выходом 80-85%.⁷⁸

Дегидратация глиоксима 99 сопровождается образованием фуразанового цикла. Продуктом этой реакции является каркасное фуразановое соединение 100.⁷⁹

Кипячение пиридиниевой соли 101, содержащей углеводный фрагмент, с нитритом натрия в присутствии пиридина в водном ТГФ приводит с выходом 58% к фуроксану 103 (вероятно, через промежуточное нитропроизводное 102).⁸⁰

Изомерный фуроксан 105 может быть получен обработкой тозилата 2-кето-D-глюкопиранозида 104 гидроксилами-ном в водном пиридине, затем раствором нитрита натрия в водном диоксане и последующим нагреванием при 90°С в течение 3 ч. Выход фуроксана 105 составляет 40%).⁸⁰

Сведения о реакционной способности производных фура-зано[3,4-с]пирана крайне скудны. Известно лишь, что лактон-ный цикл соединения 98 раскрывается при действии аминов с образованием амидов фуразан-3-карбоновой кислоты 106.⁷⁸

Спироциклический лактон 107 расщепляется под действием метанола, превращаясь в эфир моноциклического производного фуразана 108.⁸¹

Для характеристики соединений этой группы были использованы данные ИК-, УФ- и масс-спектрометрии.⁸⁰

V. Фуразанотиопираны

Возможны два типа фуразанотиопиранов — фуразано-[3,4-6]тиопираны (F) и фуразано[3,4-с]тиопираны (G). Однако производные системы F неизвестны.

симов 109b и 109d уксусным ангидридом. Ацетаты бицикли-ческих оксимов 110d и 110е были выделены при этом с выходами 88-93%.⁶³

Сведения о реакционной способности этой бицикличес-кой системы не опубликованы.

VI. Фуразаноазепины

Возможны четыре типа сочленения фуразанового и азепино-вого циклов (Н, I, J и К).

Гетероциклическая система фуразано[3,4-с]азепина упоминается как 1,2,5-оксадиазоло[3,4-с]азепин.

Бекмановская перегруппировка Z-оксима 111 в присутствии РСl5 в эфире при 20°С дает азепин-4-он 112 с выходом 29%. Аналогичная обработка E-оксима 113 приводит к тому же продукту 112 с выходом только 5%. Основная часть исходного соединения превращается при этом в полимер, а не в ожидаемый изомерный азепин 114.⁸²

Азепин 112 образуется также в результате перегруппировки кетона 115 по Курциусу при обработке азидом натрия в смеси хлороформа и серной кислоты. Отметим, что перегруппировка Курциуса дает азепин 112 с более высоким выходом (55%), чем бекмановская перегруппировка.⁸³

Реакция фуразана 112 с ацетилхлоридом в присутствии гидрида натрия в толуоле приводит к продукту его N-ацетилирования с выходом 67%.⁸²

Заключение о строении этого азепина было сделано на основании анализа его ИК-, масс- и ЯМР H-спектров.

Азепин 112 проявляет невысокую антимикробную активность.⁸³

VII. Фуразанотиепины

Из трех теоретически возможных типов сочленения фуразанового и тиепинового циклов (L, М и N) известны производные лишь последнего типа — фуразано[3,4-d]тиепины (N).

Аналогично получены и тиеноаннелированные соединения 119а,Ь.⁸⁵ Однако замена одного из бензольных колец в исходном соединении на тиофеновый цикл приводит к некоторому снижению выхода соответствующих тетрацикличес-ких соединений 119а,Ь (до 72-74%).

Фуроксаны 119а,Ь существуют как неразделимая смесь изомерных TV-оксидов.

VIII. Заключение

Представленный в настоящем обзоре материал демонстрирует, с одной стороны, большой синтетический потенциал рассмотренных соединений, с другой — относительную скудость исследований в этой области. Последнее, вероятно, обусловлено труднодоступностью исходных соединений и несовершенством существующих методов их превращений. В то же время некоторые эффективные способы построения рассмотренных бициклов еще не получили широкого применения. Мы надеемся, что проведенная в настоящем обзоре систематизация литературных данных послужит базой для дальнейшего развития этой области химии.

Литература

1.  В.Г.Андрианов, А.В.Еремеев. Химия гетероцикл. соединений, 1443 (1990)

2.  S.-K.Lin. YoujiHuaxue, 11, 106 (1991); Chem. Abstr., 114, 143173 (1991)

3.  W.Sliwa, A.Thomas, N.Zelichowicz. Collect. Czech. Chem. Commun., 57, 978 (1992)

4.  М.Е.Ниязымбетов, Э.В.Ульянова, В.А.Петросян. Электрохимия, 28, 555 (1992)

5.  W.Friedrichsen. In Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie. Vol. E8c. (Ed. E.Schaumann). Thieme Verlag, Stuttgart, 1994. P.648

6.  A.B.Sheremetev. J. Heterocycl. Chem., 32, 371 (1995)

7.  N.Vivona, S.Buscemi. Heterocycles, 41, 2095 (1995)

8.  R.M.Paton. In Comprehensive Heterocyclic Chemistry II. Vol. 4. (Eds A.R.Katritzky, C.W.Rees, E.F.V.Scriven). Pergamon Press, Oxford, 1996. P.229

9.  А.Б.Шереметев. Росс. хим. журн., 41, 43 (1997)

10.  Н.Н.Махова, Т.И.Годовикова. Росс. хим. журн., 41, 54 (1997)

11.  Л.И.Хмельницкий, С.С.Новиков, Т.И.Годовикова. Химия фуроксанов. Строение и синтез. Наука, Москва, 1996

12.  Л.И.Хмельницкий, С.С.Новиков, Т.И.Годовикова. Химия фуроксанов. Реакции и применение. Наука, Москва, 1996

13.  А.Ф.Пожарский. Теоретические основы химии гетероциклов. Химия, Москва, 1985. С.23; 103

14.  C.W.Bird. Tetrahedron, 41, 1409 (1985)

15.  М.А.Шохен, В.Г.Андрианов, А.В.Еремеев. Химия гетероцикл. соединений, 1355 (1979)

16.  И.В.Целинский, С.Ф.Мельникова, С.Н.Вергизов, Г.М.Фролова. Химия гетероцикл. соединений, 35 (1981)

17.  И.В.Целинский, С.Ф.Мельникова, С.Н.Вергизов. Химия гетероцикл. соединений, 321 (1981)

18.  И.В.Целинский, С.Ф.Мельникова, М.П.Зеленов. Журн. орг. химии, 32, 766 (1996)

19.  А.Н.Верещагин. Индукционный эффект. Константы заместителей для корреляционного анализа. Наука, Москва, 1988. 109 с.

20.  H.Gunther. Tetrahedron Lett., 2967 (1967)

21.  M.J.Cook, A.R.Katritzky, P.Linda. In Advances in Heterocyclic Chemistry. Vol. 17. (Eds A.R.Katritzky, A.J.Boulton). Academic Press, New York, 1974. P.256

22.  R.K.Harris, A.R.Katritzky, S.Oeksne, A.S.Bailey, W.G.Paterson. J. Chem. Soc, 197 (1963); Chem. Abstr., 58, 6820 (1963)

23.  L.W.Deady, N.H.Quazi. Spectrosc. Lett, 28, 1033 (1995)

24.  В.Г.Андрианов, М.А.Шохен, А.В.Еремеев. Химия гетероцикл. соединений, 1261 (1989)

25.  Э.С.Левин, З.И.Фодиман, З.В.Тодрес. Электрохимия, 2, 175 (1966)

26.  N. М. Atherton, J. N. Ockwell, R. Dietz. J. Chem. Soc, A, 111 (1967)

27.  В.Ш.Цвениашвили, С.И.Жданов, З.В.Тодрес. Химия гетероцикл. соединений, 712 (1968)

28.  З.В.Тодрес, З.И.Фодиман, Э.С.Левин. Химия гетероцикл. соединений, 604(1974)

29.  В.Ш.Цвениашвили, М.В.Малашхия, Н.С.Хавтаси, С.Ф.Мельникова. Журн. общ. химии, 53, 2511 (1983)

30.  В.М.Центовский, Л.В.Петухова, М.И.Евгеньев. Кислотно-основные равновесия бензофуразанов в диполярных протонных и апротонных растворителях. Черкассы, 1984; деп.

в ОНИТЭХИМ, № 446хп-Д84

31.  L.S.Vasil'ev, A.B.Sheremetev, V.A.Dorokhov, N.Kiu Khoa, M.O.Dekaprilevich, Yu.T.Struchkov, L.I.Khmelnitskii. Mendeleev Commun., 57 (1994)

32.  Л.С.Васильев, А.Б.Шереметев, В.А.Дорохов, Н.Хуа, З.К.Демьянец, Д.Е.Дмитриев. Изв. АН. Сер. хим., (1999) (в печати)

33.  T.Miyazawa, T.Takabatake, M.Hasegawa. J. Heterocycl. Chem., 32, 387 (1995)

34.  L.W.Deady, N.H.Quazi. Aust. J. Chem., 46, 411 (1993)

35.  J.H.Boyer, D.I.McCane, W.J.McCarville, A.T.Tweedie. /. Am. Chem. Soc, 75, 5298 (1953)

36.  J.J.Eatough, L.S.Fuller, R.H.Good, R.K.Smalley. J. Chem. Soc, C, 1874(1970)

37.  C.K.Lowe-Ma, R.A.Nissan, W.S.Wilson. J. Org. Chem., 55, 3755 (1990)

38.  B.Stanovnik, M.Tisler. Chimia, 25, 272 (1971)

39.  D.Binder, C.R.Noe, J.Nussbaumer, B.C.Prager. Monatsh. Chem., 111,407(1980)

40.  J.H.Boyer, W.Schoen. J. Am. Chem. Soc, 78, 423 (1956)

41.  В.М.Центовский, М.И.Евгеньев, И.Ф.Фаляхов, И.И.Евгеньева, И.В.Шулаева, А.В.Князев. Журн. общ. химии, 57, 660 (1987)

42.  H.H.Licht,H.Ritter. In Proceedings of the 24th International Annual Conference ICT. Energetic Materials—Insensitivity and Environmental Awareness. Karlsruhe, 1993. P.6/1-8

43.  H.Ritter, H.H.Licht. J. Heterocycl. Chem., 32, 585 (1995)

44.  N.R.Ayyangar, S.Madan Kumar, K.V.Srinivasan. Synthesis, 616 (1987)

45.  С.К.Котовская, Г.А.Мокрушина, И.Я.Постовский, М.В.Полякова. Химия гетероцикл. соединений, 654 (1981)

46.  L.W.Deady, M.W.Wong. Aust. J. Chem., 38, 1045 (1985)

47.  Altaf-ur-Rahman, A.J.Boulton, D.P.Clifford, G.J.T.Tiddy. J. Chem. Soc, B, 1516 (1968)

48.  L.W.Deady, J.J.Harvey, T.B.Jarman. Aust. J. Chem., 45, 371 (1992)

49.  A.J.Boulton, P.J.Halls, A.R.Katritzky. J. Chem. Soc, B, 636 (1970)

50.  И.Я.Постовский, С.К.Котовская, Г.А.Мокрушина. В кн. Теоретические и прикладные аспекты химии ароматических соединений. (Тез. докл. ШВсесоюз. симп. по органическому синтезу). Наука, Москва, 1981. С.39

51.  D.Binder, A.Georgopoulos, C.R.Noe, J.Nussbaumer, B.C.Prager, F.Turnowsky. Arzneim.-Forsch., 32, 10 (1982)

52.  Пат. 2703369 Германия; Chem. Abstr., 87, 152274 (1977)

53.  Ю.Ю.Никишев, И.Ш.Сайфуллин, О.Р.Ключников. Кинетика и катализ, 34, 969 (1993)

54.  И.Ф.Фаляхов, Г.П.Шарнин, Н.М.Сафин, И.Ш.Сайфуллин, Р.Х.Фассахов. In Proceedings of the XXVth International Pyrotechnics Seminar. Moscow, 1995. P. 187

55.  О.Р.Ключников, Ю.Ю.Никишев. Химия гетероцикл. соединений, 1573 (1995)

56.  Пат. 4557306 США; Chem. Abstr., 104, 131206 (1986)

57.  Пат. 175062 Европа; Chem. Abstr., 105, 61965 (1986)

58.  Пат. 4570690 США; Chem. Abstr., 105, 7773 (1986)

59.  Пат. 195927 Европа; Chem. Abstr., 106, 139650 (1987)

60.  Z.X.Lu, N.H.Quazi, L.W.Deady, G.M.Polya. ВЫ. Chem. Hoppe-Seyler, 377, 373 (1996)

61.  R.Willstatter. Chem. Ber., 30, 2679 (1897)

62.  L.B.Volodarsky. Janssen Chim. Ada, 8 (3), 12 (1990)

63.  A.B.Sheremetev. In Proceedings of the 16th International Congress on Heterocyclic Chemistry. (Abstracts of Reports). Bozeman, 1997. POII-239

64.  T.L.Hough, G.Jones. J. Chem. Soc, C, 1088 (1968)

65.  S.Mataka, K.Takahashi, M.Tashiro. Synthesis, 687 (1979)

66.  S.Mataka, K.Takahashi, M.Tashiro. Synthesis, 842 (1980)

67.  Пат. 4218977 ФРГ; Chem. Abstr., 120, 270408 (1994)

68.  P.Roschger, W.Fiala, W.Stadlbauer. J. Heterocycl. Chem., 29, 225 (1992)

69.  A.S.Bailey, M.W.Heaton, J.I.Murphy. J. Chem. Soc, C, 1211 (1971)

70.  M.J.S.Dewar, P.M.Maitlis. J. Chem. Soc, 944 (1957)

71.  S.Mataka, K.Takahashi, T.Imura, M.Tashiro. J. Heterocycl. Chem., 19, 1481 (1982)

72.  R.T.Aplin, W.T.Pike. Chem. Ind., 2009 (1966)

73.  L.K.Dyall. Org. Mass. Spectrom., 24, 465 (1989)

74.  Пат. 406762 Европа; Chem. Abstr. 115, 146246 (1991)

75.  Y.Tagawa, N.Honjo, Y.Goto, T.Chiba, T.Kato. Chem. Pharm. Bull, 31, 2269 (1983)

76.  Y.Tagawa, N.Honjo, Y.Goto. Chem. Pharm. Bull, 34, 564 (1986)

77.  Y.Tagawa, N.Honjo, Y.Goto, T.Kato. Chem. Pharm. Bull, 34, 4984(1986)

78.  M.Giannella, F.Gualtieri, W.Fedeli, S.Cerrini, E.Gavuzzo. J. Heterocycl. Chem., 20, 385 (1983)

79.  G.Cusmano. Gazz. Chim. Ital, 55, 218 (1925)

80.  C.S.Wu, W.A.Szarek, J.K.NJones. J. Chem. Soc, Chem. Commun., 1117(1972)

81.  A.Gasco, A.J.Boulton. In Advances in Heterocyclic Chemistry. Vol. 29. (Ed. A.R.Katritzky). Academic Press, New York, 1981. P.295

82.  S.Mitkidou, J.Stephanidou-Stephanatou, C.A.Tsoleridis, N.E.Alexandrou. Collect. Czech. Chem. Commun., 55, 245 (1990)

83.  Э.И.Иванов, И.П.Конул, Л.А.Конул, Д.Е.Степанов, Л.В.Грищук, В.В.Высоцкая. Хим. фирм, журн., 37 (1993)

84.  О.О.Мамаева, Ф.М.Стоянович, М.М.Краюшкин. Изв. АН СССР. Сер. хим., 2081 (1989)

85.  О.О.Мамаева, М.М.Краюшкин, Ф.М.Стоянович. Изв. АН СССР. Сер. хим., 913 (1990)

THE CHEMISTRY OF FURAZANS FUSED WITH SIX- AND SEVEN-MEMBERED HETERO-CYCLES WITH ONE HETEROATOM

A.B.Sheremetev

N.D.Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

47, Leninskiiprosp., 117913 Moscow, Russian Federation, Fax + (095)135-5328

The data on the synthesis and properties of furazan derivatives fused with pyridine, pyran, thiopyran, azepine and thiepine rings are surveyed and described systematically. Bibliography — 85 references.

Received 23rd September 1998

http://www.pirotek.info - всё о пиротехнике и взрывчатка, взрывы и детонация

Недорогие кухни классика для дома. Заказать кухню по своим желаниям Вы можете у нас.