Об'єктами дослідження були вибрані легкодоступні аміно-, гідроксипохідні 1,2 - та 1,4-нафтохінони. З літературних джерел відомо, що трет-бутилгіпохлорот є типовим хлороуючим агентом різноманітних азотовмісних сполук, тому цікаво було застосувати його для галогенування гідроксипохідних 1,4-нафтохінону.

Ацетиламінопохідне 1,4-нафтохінону (1), порівнюючи з 2-аміно-1,4-нафтохіноном реагує з трет-бутилгіпохлоротом повільніше і лише при нагріванні. В результаті утворюється не 2-N-хлорацетиламіно-1,4-нафтохінон, а 2-ацетиламіно-3-хлоро-1,4-нафтохінон (2) хоча раніше було описано, що реакція хлорування 2-ацетиламіно-3-хлоро-1,4-нафтохінону (2) йде зі зміною координації хлору в пентаді >N-C=C-C=O із отриманням виключно 2-N-хлорацетиламіно-3-хлоро-1,4-нафтохінону (3).

Фізико-хімічні константи (ТШХ, Т. пл., ІЧ спектр) одержаної речовини (2) ідентичні з даними для 2-ацетиламіно-3-хлоро-1,4-нафтохінону, добутого зустрічним синтезом - ацилюванням 2-аміно-3-хлоро-1,4-нафтохінону (4).

Процес хлорування 2-ацетиламіно-1,4-нафтохінону (1) може здійснюватися за кількома маршрутами. Аналогічні схеми можуть бути запропоновані і для інших 2-похідних-1,4-нафтохінону.

Маршрут 1. Утворюється малостабільний N-хлорамін типу (1а), який ізомеризується в 2,3-дигідросполуку (2а).

Маршрут 2. Реакція може здійснюватися через продукт приєднання (1б) трет-бутилгіпохлориту по подвійному - С=С - зв'язку хінону (1) з наступним елімінуванням трет-бутилового спирту й утворенням 2,3-дигідроструктури (2а) або з відщепленням протона від вуглецевого атома і прямим утворенням сполуки (2).

Маршрут 3. Реалізація процесу можлива через малостабільний комплекс (1в) з його подальшим перетворенням в інтермедіат (1б) або, що найбільш імовірно, з синхронним відщепленням протону від атома азоту й елімінуванням трет-бутоксіаніону з утворенням 2,3-дигідрохінону (2а).

Маршрут 4 і 4а. Кінетично вигідним центром координації електрофільного хлору, аналогічно до ацетамідів, є атом кисню. Тоді реакція може реалізовуватись через інтермедіати (1г) або (1д), які депротонуються з наступним О-С чи О-N хлорним зсувом і перетворюються в 2,3-дигідросполуку (2а).

Процес хлорування 2- (4-гідрокси-3,5-ди-трет-бутилфеніл) - 1,4-нафтохінону (5) є більш тривалим ніж для 2-гідрокси-1,4-нафтохінону, імовірно через просторові утруднення та деяку стабільність проміжних хінолевих систем. Пояснити утворення 2- (4-гідрокси-3,5-ди-трет-бутилфеніл) - 3-хлоро-1,4-нафтохінону (6) можна виходячи з принципу збереження орбітальної симетрії. В нашому випадку має місце первинний [1,3] - зсув атома хлору на С3-електрофільний центр з наступною [1,7] - антароповерхневою, термічно дозволеною, сигматропною міграцією атома водню. При цьому сферична симетрична орбіталь водню перекривається з p-долями з протилежного боку p-cистеми інтермедіату (6б) і характеризується віссю симетрії другого порядку.

Будову сполуки (6) було підтверджено фізико-хімічними методами аналізу та зустрічним синтезом - взаємодією 2,3-дихлоро-1,4-нафтохінону з 2,6-ди-трет-бутилфенолом.

Синтези на основі ди-трет-бутилфенілзаміщених нафтохінонів цікаві з точки зору вивчення поведінки сполук з просторово-екранованим замісником. З прикладного боку - речовини такого типу широко відомі як регулятори росту рослин, світлостабілізатори, люмінофори та різноманітні лікарські засоби.

Беручи до уваги цей факт, здійснено взаємодію 2- (4-гідрокси-3,5-ди-трет-бутилфеніл) - 3-хлоро-1,4-нафтохінону (6) з 1,2,3-бензотриазолом. Реакцію проводили в спиртово-лужному середовищі при нагріванні реакційної маси до 80 0С.

Розглядаючи будову молекули 2- (4-гідрокси-3,5-ди-трет-бутилфеніл) - 3- (1,2,3-бензотриазоліл) - 1,4-нафтохінону (7), бачимо можливість існування прототропних перетворень, які пояснюються, енергетичною вигідністю утворення квазіароматичного циклу, внаслідок з'єднання внутрімолекулярним водневим зв'язком двох кон'югованих частин молекули (бензотриазольного фрагменту і хінонового кільця), аналогічно як в описаному випадку з беназолом П. В ІЧ спектрі сполуки (7), записаному в розчині метиленхлориду наявна вузька смуга поглинання при 3646 см - 1, характерна для валентних коливань гідроксильної групи фенільного кільця. При записуванні ІЧ спектру речовини (7) в ДМФА смуга поглинання валентних коливань гідроксигрупи спостерігається вже при 3548 см-1, тобто в області внутрімолекулярного водневого зв'язку (7в). Така картина розташування смуг поглинання ОН-груп в ІЧ спектрах продукту (7), а також наявність ізобестичної точки в УФ-спектрах, зареєстрованих в різних розчинниках свідчить про можливість прототропних перетворень.

Раніше були описані сполуки, які мають карбонільну і аміногрупи, розділені мостиком - С=С-N< і які можуть зазнавати прототропії. З метою розширення спектру подібних систем проводились реакції 2-ацетиламіно - (2) та 2-гідрокси-3-хлоро-1,4-нафтохінону (8) з триетиламіном в бензолі, в результаті чого утворюються четвертинні амонійні солі.

В ІЧ спектрі продукту взаємодії хінону (2), відсутня смуга поглинання, характерна для NН-групи, а смуга поглинання карбонільних груп майже не зміщена (n С=О 1675 cм - 1), що говорить про чітку координацію на реакційних центрах (скоріше всього на С3). Окрім того, наявність смуг поглинання в інтервалі 2800-2380 см - 1, притаманній для амонійних груп свідчить про перенос протону з хіноїдного фрагменту на азотну основу.

2-Гідрокси-3-хлоро-1,4-нафтохінон (8) взаємодіє з триетиламіном, утворюючи сіль, забарвлену в червоний колір, хоча вихідний нафтохінон (8) - жовтого кольору, що свідчить про наявність в новоутвореній сполуці хромофорної системи - О-С=С-С=О. Можливо, що в даному випадку утворюється сіль з координацією триетиламонію на атомі кисню, що можна підтвердити посилаючись на відсутність в ІЧ спектрі смуги поглинання, характерної для валентних коливань гідроксильних груп, а в інтервалі 2800-2380 см-1 - наявність смуг поглинання, властивих для амонійних груп.

Таким чином, для триетиламонійних солей ацетиламінохлоропохідного (2) найбільш вірогідною будовою буде структура (9б), а для гідроксипохідного (8) - структура (9а).

З метою отримання нафтохіноїдних сполук з гемінальним дихлоровмісним фрагментом, а також з метою визначення координації атома хлору при хлоруванні 2-аміно - і 2-гідрокси-3-хлоро-1,4-нафтохінонів, проводився експеримент в тих же умовах, що і хлорування 2-заміщених нафтохінонів із застосуванням трет-бутилгіпохлориту як галогенуючого агенту.

Вперше встановлено, що реакція 2-гідрокси-3-хлоро-1,4-нафтохінону (8) з трет-бутилгіпохлоритом приводить до утворення 2,3-дигідро-3,3-дихлоро-2-оксо-1,4-нафтохінону (10), а не до 1-гідрокси-2,2-дихлоро-3-оксоіндан-1-карбонової кислоти, як було показано при хлоруванні в лужному середовищі.

Утворення 2,3-дигідро-3,3-дихлоро-2-оксо-1,4-нафтохінону (10) підтверджується наявністю в ІЧ спектрі смуги поглинання карбонільних груп в області 1720 см - 1, 1725 см - 1 і відсутністю поглинання, характерного для валентних коливань гідроксильної групи.

Заміна гідроксигрупи в 2-гідрокси-3-хлоро-1,4-нафтохіноновій системі на високоелектронодонорну 2,6-ди-трет-бутилфенольну групу повинно би призвести до збільшення її реакційної здатності стосовно до трет-бутилгіпохлориту. В той же час, встановлено, що 2- (4-гідрокси-3,5-ди-трет-бутилфеніл) - 3-хлоро-1,4-нафтохінон (6) реагує з трет-бутилгіпохлоритом значно повільніше порівняно з 2-гідроксипохідним (8) (2 год. і 3,5 год., відповідно).

Обробка 2- (4-гідрокси-3,5-ди-третбутилфеніл) - 3-хлоро-1,4-нафтохінону (6) трет-бутилгіпохлоритом веде виключно до 2,3-дигідро-3,3-дихлоро-2- (4-оксо-3,5-ди-трет-бутил-2,5-циклогексадієніліден) - 1,4-нафтохінону (11).

Зміщення смуги поглинання карбонільної групи в ІЧ спектрі дигалогеніду (11) у високочастотну область (n С=О 1718-1710 см - 1), у порівнянні з вихідним хіноном (6) (n С=О 1648-1640 см - 1), свідчить про відсутність в молекулі (11) хіноїдної системи зв'язків. В розчині дейтерійхлороформу при внутрішньому стандарті ТМС спектр ПМР описується двома синглетами вісімнадцяти протонів шести метильних груп двох трет-бутильних фрагментів при 1,187 м. д. і 1,264 м. д., двома дублетами двох протонів циклогексадієніліденового замісника при 6,49 м. д. і 6,61 м. д., а також мультиплетом чотирьох ароматичних протонів нафталінового кільця при 7,82 м. д. і 8, 198 м. д.

Така аномально низька реакційна здатність в реакціях з трет-бутилгіпохлоритом сполуки (6), порівнюючи з 2-гідрокси-3-хлоро-1,4-нафтохіноном (8), імовірно, пов'язана зі стеричними перешкодами, а також підвищеною стабільністю гіпотетичного карбкатіону (11а) за рахунок делокалізації заряду на ди-трет-бутилфенольному фрагменті. Окрім того, не виключено утворення відносно стабільного галогенхінольного похідного з наступним його перетворенням в більш стабільний 2,3-дигідро-3,3-дихлоро-2- (4-оксо-3,5-ди-трет-бутил-2,5-циклогексадієніліден) - 1,4-нафтохінон (11).

Аналогічно відбувається взаємодія 4- (4-гідрокси-3,5-ди-третбутилфенол) - 3-хлоро-1,2-нафтохінона (12) з трет-бутилгіпохлороитом, але значно повільніше, ніж у випадку похідного хінона (6).

Зменшення реакційної здатності сполуки (12) пояснюється можливо тим, що карбкатіон (12 а) в даному випадку є більш стабільний за рахунок делокалізації позитивного заряду на ди-трет-бутилфенольному і фенільному фрагментах хінону, а також стеричними утрудненнями атаки реакційного центру С3 позитивно зарядженим катіоном хлору або, можливо, більшою стабільністю галогенхінольної структури.

Будова 3,4-дигідро-3,3-дихлоро-4- (4-оксо-3,5-дитрет-бутил-2,5-циклогексадієніліден) - 1,2-нафтохінона (13) підтверджується даними ІЧ спектра, в якому спостерігається смуга поглинання карбонільних груп у більш високочастотній області (n С=О 1720 см - 1), в порівнянні з вихідним монохлоридом (12) (n C=О 1675 см - 1), що свідчить про втрату нафтохіноновим кільцем хіноїдної системи зв'яків. В розчині дейтерійхлорооформу при внутрішньому стандарті ТМС спектр ПМР містить сигнали вісімнадцяти протонів шести метильних груп двох трет-бутильних фрагментів у вигляді двох синглетів при 1, 191 м. д. і 1,279 м. д., два дублети двох протонів циклогексадієніліденового замісника при 6,47 м. д. і 6,62 м. д., і мультиплет протонів нафтохінонового кільця при 7,76 м. д. і 8,24 м. д.

При заміні гідроксигрупи на аміногрупу у другому положенні 3-хлоро-1,4-нафтохінонового фрагменту, спостерігається підвищення реакційної здатності хінону. Так, 2-аміно-3-хлоро-1,4-нафтохінон (4) хлорується трет-бутилгіпохлороитом протягом 0,3 год до 3,3-дихлороструктури (15). Це, ймовірно, повязано зі зменшенням стабільності карбкатіону сполуки (4) і високою швидкістю його депротонування.

Достовірність запропонованої структури (15) підтверджується спектром ЯКР 35Сl, в якому наявні сигнали атома хлору зв'язку С-Сl при 38,069 МГц та 39,720 МГц для сполуки (14) і 39,058 МГц, 39,959 МГц для сполуки (15). Подальше хлорування амінонафтохінону (4) призводить до появи крім сигналів атома хлору зв'язку С-Сl, сигналу атомів хлору зв'язку >N-Cl в області 48-49 МГц в спектрах ЯКР 35 Сl.

Встановлено що, N-арилювання 2-амінозаміщених 1,4-нафтохінону не впливає на селективність процесу. Зміщення вільної електронної пари атома азоту на арильний фрагмент мало би привести до проміжного продукту з зв'язком >N-Cl, але виділити N-хлорамін чи зафіксувати з допомогою ТШХ чи ІЧ спектроскопії не вдалося. Отже, реакція йде виключно з утворенням 2-N-ариламіно-2,3-дигідро-3,3-дихлоро-1,4-нафтохінонів (20-23).

Будова гем. - дихлоридів (20-23) підтверджена фізико-хімічними методами аналізу. Високочастотна смуга поглинання при 1725-1722 см - 1 в ІЧ спектрах продуктів хлорування (20-23) свідчить про відсутність спряження між групами С4 =О і >C=N-. В спектрах ЯКР 35 Cl має місце різке збільшення частот атомів хлору. Сигнали проявляються у вигляді дублетів і квартетів в області 38-49 МГц, характерній для гем. - дихлоридних фрагментів.

Проведені кінетичні дослідження на прикладі хлорування 2-феніламіно-3-хлоро-1,4-нафтохінону (16) трет-бутилгіпохлоритом у бензолі показали, що в умовах надлишку хлоруючого агента реакція протікає за першим порядком по вихідній речовині; встановлені оптимальні умови одержання 2,3-дигідро-3,3-дихлоро-2-феніліміно-1,4-нафтохінону (20) (при С0=0,005 моль/ л, t=20°C, 0,3 год.)

Взаємодія гем. - дихлоро-1,4-нафтохінонів з нуклеофільними реагентами

1. В результаті проведених досліджень синтезу та реакційної здатності гемінальних дихлоронафтохінонів з нуклеофільними реагентами встановлені закономірності перебігу реакцій, знайдені оптимальні умови і визначені методи одержання цих сполук - все це дало змогу здійснити скерований синтез речовин з бажаними корисними властивостями.

2. Встановлено, що хлорування 2-аміно-, 2-гідрокси-1,4-нафтохінону трет-бутилгіпохлоритом призводить до одержання С3-галогенопохідних, а подальше хлорування веде до утворення гемінальних дихлоридів; при цьому запропоновано схему маршрутів реакції хлорування і найбільш ймовірний механізм отримання гем. - дихлоридів.

3. Розроблено зручні препаративні методики синтезу різноманітних галогенопохідних 1,2 - та 1,4-нафтохінонів, в тому числі з просторово-утрудненими замісниками, з гемінальними дихлоридними угрупуваннями, гетероциклічними фрагментами та інші. На підставі отриманих експериментальних даних запропоновано схеми прототропних міграцій у нафтохіноїдних системах з гідрокси - і аміногрупами в суміжних положеннях.

4. Кінетичними дослідженнями встановлено, що утворення 3,3-гем. - дихлоридів 1,4-нафтохінону є реакцією першого порядку по вихідному амінохлоропохідному; встановлені оптимальні умови їх одержання (при С₀=0,005 моль/ л, t=20°С, 0.3 год.).

5. Досліджено взаємодію 2,3-дигідро-3,3-дихлоро-2-іміно (оксо) - 1,4-нафтохінону з нуклеофільними реагентами: з "жорсткими" гідразинами руйнується гем. - дихлороидний фрагмент і утворюється нафтохіноїдна структура; з "середніми" (аніліном та толуїдином) протікає приєднання останніх до С=О або С=N зв'язку зі збереженням гем. - дихлороидного фрагменту; у випадку "м'яких" карбаніонів СН-кислот переважно утворюються продукти відновлення аніон-радикального перебігу процесу.

6. Квантово-хімічними розрахунками за програмою МОРАС інтерпретована взаємодія іміно - і оксопохідних 3,3-дихлоро-1,4-нафтохінонів з СН-кислотами. Найбільш вірогідним є перебіг цих процесів за аніон-радикальним механізмом з утворенням продуктів відновлення хіноїдного фрагменту.

7. Відкрито нове перегрупування в ряді амінопохідних гем. - дихлоридів 1,4-нафтохінону зі звуженням шестичленного хіноїдного циклу до п'ятичленного оксоінданового.

8. Серед нових синтезованих сполук знайдені ефективні речовини, що володіють протитуберкульозною активністю; одержані сполуки, що проявляють високу пригнічуючу активність росту Аsspergillus niger та до фітофторозу томатів, а також речовини, які були використані як діазоскладові для одержання нових жиророзчинних барвників.

Основний зміст дисертації викладено в наступних публікациях