Регистрация / Вход
Прислать материал

Трансформации фурана в синтезе бензофуранов

Сведения об участнике
ФИО
Кехваева Анна Эдуардовна
Вуз
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Органическая и элементоорганическая химия. Аналитическая химия органических соединений
Тема
Трансформации фурана в синтезе бензофуранов
Резюме
В ходе выполнения научно-исследовательской работы реализованы новые методы синтеза замещенных бензофуранов. В основе всех разработанных способов лежит способность замещенных фуранов выступать в качестве скрытых 1,4-дикарбонильных соединений. Используемые в работе фураны являются легкодоступными в результате переработки отходов лесной и сельскохозяйственной промышленности, что открывает новые возможности для использования возобновляемого сырья в органическом синтезе. Полученные продукты - перспективные объекты для фармации, поскольку содержат каркасы, аналогичные природным соединениям.
Ключевые слова
Фуран, бензофуран, рециклизация, алкилирование
Цели и задачи
Учитывая важность производных бензофурана как потенциальных биологически активных веществ, а также теоретический интерес к химии соединений этого класса, создание новых и модификация известных методов синтеза представителей ряда бензофурана, изучение их химических и физико-химических свойств является важной и актуальной задачей.
Целью научно-исследовательской работы является разработка новых эффективных методов синтеза замещенных бензофуранов. Для выполнения поставленной цели предполагается решение следующих задач: анализ литературных данных по тематике работы, поиск и оптимизация реакционных условий, синтез широкого ряда целевых соединений.
Введение

Бензофуран один из распространенных гетероциклов в природе, поэтому не удивительно, что он является структурным компонентом многих биологически активных веществ. В связи с этим синтез и функционализация бензофуранов важное направлений современной синтетической органической химии. На сегодняшний день существует множество подходов к синтезу бензофуранового каркаса, однако существует проблема синтеза бензофуранового ядра в мягких условиях с одновременным введением широкого спектра функциональных групп, ключевыми причинами которой является доступность исходного материала и степень толерантности вводимых заместителей к реакционным условиям.

Методы и материалы

В работе использовались коммерчески доступные реактивы и растворители. Очистка и осушка регентов осуществлялись общепринятыми способами. Для синтеза исходных соединений использовались классические методы современной органической химии - реакция Гриньяра, перегруппировка Фрисса, алкилирование по Фриделю-Крафтсу, арилирование по Меервейну, восстановление по Кижнеру-Вольфу и др. Для осуществления ключевых реакций нами разработаны оригинальные методики. Для доказательства структуры полученных соединений использован стандартный набор современных методов физико-химических анализов: ЯМР-, ИК- спектроскопия, масс-спектрометрия и данные элементного анализа. Контроль за ходом реакции и чистотой полученных продуктов осуществляли методами тонкослойной и газовой хроматографии. Для очистки полученных продуктов использовали колоночную хроматографию.

Описание и обсуждение результатов

В ходе поиска эффективного, но дешевого катализатора алкилирования фуранов нами обнаружено, что CuBr2 является доступной альтернативой дорогостоящим катализаторам. Разработанный метод позволяет в мягких условиях с высокими выходами синтезировать замещенные фураны. Продолжая исследования в данной области, мы решили изучить возможность протекания тандемных процессов алкилирования фуранов производными бензилового спирта, содержащих во 2-ом положении подходящую нуклеофильную функцию и дальнейшую рециклизацию образующихся бензилфуранов с образованием замещенных бензофуранов.

Стартовые эксперименты показали, что при использовании 2-гидроксибензгидрола при нагревании в DCE в присутствии CuBr2 целевой бензофуран  образуется с выходом 85%. Заинтересованные полученным результатом мы решили проверить границы применимости обнаруженной реакции. Оказалось, что метод позволяет синтезировать бензофураны, содержащие в ядре широкий набор заместителей с выходами от умеренных до высоких.

Дальнейший этап работы заключался в изучении реакции алкилирования 2-метилфурана замещенными по атому С(2) бензальдегидами, вовлечение которых позволило бы провести домино-реакцию алкилирования/рециклизации с образованием полизамещенных гетероциклов. Исследование этой реакции мы начали с изучения взаимодействия салицилового альдегида  и 2-метилфурана  при нагревании в DCE в присутствии каталитических количеств CuBr2. Неожиданно из реакционной смеси помимо бензофурана был выделен тетрациклический бензофуран. Данным методом нами был получен ряд замещенных бензофуранов и тетрациклов.

Второе направление нашей работы связано с разработкой кислотно-катализируемого метода синтеза замещенных бензофуранов в режиме one-pot. Первый этап исследований в этом направлении был связан с поиском оптимальных условий взаимодействия модельных 2-гидроксибензгидрола и 2-метилфурана. Варьированием реакционных условий было найдено, что максимальный выход целевого бензофурана наблюдаются при проведении реакции в DCE при температуре 80 °С в присутствии трифторметансульфокислоты. Используя найденные условия с выходами от умеренных до количественных нами синтезирован широкий ряд бензофуранов, содержащих различные заместители в целевом ядре.

Полученные в ходе исследований бензофураны и тетрациклы являются перспективными объектами для медицинской химии, поскольку их можно использовать для синтеза природного Сугикуроджинола Б, а также замещенных бензо[3,4]циклогепта[1,2-b]бензофуранов, содержащих фрагмент, аналогичный каркасу природных соединений фрондозина В и лифагала.

Используемые источники
1. Kadieva, M. G.; Oganesyan, E. T. Chem. Heterocycl. Comp. 1997, 33 (11), 1245-1258.
2. Chen, W.; Zhang, Y.; Zhang, L.; Wang, M.; Wang, L. Chem. Commun. 2011, 47 (37), 10476-10478.
3. Xu, W.; Li, Q.; Cao, C.; Zhang, F.; Zheng, H. Org. Biomol. Chem. 2015, 13 (22), 6158-6161.
4. Li, H. S.; Liu, G. J. Org. Chem. 2014, 79 (2), 509-516.
5. Lattanzi, A.; Senatore, A.; Massa, A.; Scettri, A. J. Org. Chem. 2003, 68 (9), 3691-3694.
6. Chittimalla, S. K.; Chang, T.-C.; Liu, T.-C.; Hsieh, H.-P.; Liao, C.-C. Tetrahedron 2008, 64 (11), 2586-2595
7. Chang, M.-Y.; Chan, C.-K.; Lin, S.-Y Tetrahedron 2013, 69 (5), 1532-1538.
8. Rajesh, M.; Thirupathi, N.; Reddy, T. J.; Kanojiya, S.; Reddy, M. S. J. Org. Chem. 2015, 80 (24), 12311-12320.
9. Martinez, C.; Alvarez, R.; Aurrecoechea, J. M. Org. Lett. 2009, 11 (5), 1083-1086.
10. Lu, S. C.; Zheng, P. R.; Liu, G. J. Org. Chem. 2012, 77 (17), 7711-7717.
Information about the project
Surname Name
Anna Kekhvaeva
Project title
Furan transformations in synthesis of benzofurans
Summary of the project
New synthetic approaches toward substituted benzofurans have been developed. Conceptually, described transformations are based on the ability of the furan ring to behave as a masked 1,4-dicarbonyl compound. Furan substrates that have been used in this study are readily available from biomass processing thus obtained results uncover novel synthetic features of such renewable starting materials for organic chemistry. Target products are highly attractive objects for medicinal chemistry as their molecular structure is closely related to natural scaffolds.
Keywords
Furan, benzofuran, recyclization, alkylation