Изучение механизмов реакций является основным инструментом в их совершенствовании и развитии, как методов органического синтеза. Как правило, органические реакции это многостадийные процессы. Выяснение последовательности стадий, особенностей их протекания позволяет прогнозировать результат, эффективно управлять процессом, целенаправленно изменяя параметры реакции. Циклизация виц-алкиниларендиазониевых солей является одним из наиболее перспективных методов конструирования конденсированных гетероциклических соединений, многие из которых являются носителями высокой биологической активности. В связи с прогрессирующим ростом онкологических и других серьезных заболеваний человека, поставивших современную науку перед необходимостью создания надежной синтетической базы для поиска новых биоактивных препаратов, эта реакция попала в фокус внимания химиков-синтетиков. До недавнего времени механизм циклизации, обнаруженной в ряду бензола Рихтером еще в 1894, рассматривался как одностадийный процесс, в результате которого происходит формирование 6-членного пиридазинового цикла с образованием производных циннолина. Однако изучение циклизации виц-алкинил-9,10-антрахинондиазоний хлоридов показало, что здесь происходит формирование не 6-членного, а 5-членного 1Н-пиразольного цикла. Выявленное различие стимулировало пересмотр, как синтетических возможностей реакции циклизации, так и ее механизма, который порождал больше вопросов, чем давал ответов. Представленный на конкурс цикл из 6 работ посвящен изучению механизма и выяснению синтетического потенциала этой, в своем роде, уникальной реакции. В итоге проведенного исследования были получены следующие результаты:
Разработан новый способ осуществления циклизации виц-алкиниларендиазониевых солей с разделением реакций диазотирования и циклизации. Ранее обе реакции проводились в одну препаративную стадию, в результате чего процесс циклизации протекал в неоправданно жестких условиях, характерных для диазотирования. Новый способ позволил эффективно изучать механизм циклизации благодаря появившейся возможности варьировать ее условия в широких пределах. Кроме того, его применение значительно расширило круг вводимых в реакцию аминоалкиниларенов, чувствительных к жестким условиям классического способа [1,5].
Установлено, что процесс циклизации является многостадийным. При изучении циклизации 6-(гептин-1-ил)-3-диэтиламино-1,4-нафтохинон-5-диазоний хлорида нами был обнаружен, выделен и охарактеризован первичный продукт циклообразования, имеющий 5-членный 3Н-пиразольный цикл с экзо-циклической двойной связью. Экспериментально доказано, что дальнейшие превращения интермедиата в зависимости от условий реакции происходят либо с сохранением размера гетероцикла и превращением в 1Н-пиразольный, либо, что особенно важно, его расширением в 6-членный пиридазиновый цикл. На основании полученных данных и квантово-химических расчетов нами предложен механизм, принципиально отличающийся от механизма, ранее принятого для реакции Рихтера [1,4].
В рамках новых представлений о механизме циклизации вскрыты причины, определяющие направленность циклизации ряда 2-алкинил-9,10-антрахинон-1-диазоний хлоридов с образованием продуктов реакции только с 5-членным гетероциклом. Выяснение этих причин сделало возможным подобрать такие условия реакции, которые содействовали получению продуктов реакции уже не с 5- , а 6-членным пиридазиновым циклом. Таким образом, понимание механизма процесса циклообразования позволило из одних исходных виц-амино(алкинил)-9,10-антрахинонов получать полициклические конденсированные хиноидные структуры, содержащие либо пиразольный, либо пиридазиновый цикл. Существенно, что те и другие соединения, благодаря сочетанию в молекуле таких фармакофорных составляющих, как азотсодержащий гетероцикл и хиноидное ядро, представляют особый интерес как потенциальные биологически активные вещества [2].
Показано, что механизм циклизации виц-алкиниларендиазониевых солей, установленный в ряду хинонов, имеет общий характер, и выполняется при циклизации орто-алкинилбензолдиазониевых солей. Показано, что и в ряду бензола, вопреки сложившимся представлениям, реакция циклизации может происходить с образованием продуктов реакции с 5-членным гетероциклом. Нетривиальность полученного результата потребовала особой тщательности в доказательстве строения полученных производных индазола [ 3,6] . Показано, что направлению реакции с образованием индазолов способствуют донорные группы +С-характера в алкинильном заместителе [ 3] .