Получение оксимов адамантильных и трет-бутильных производных дикетонных таутомеров 1,3- и 1,4-дигидроксинафталинов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Journal of Siberian Federal University. Chemistry 3 (2017 10) 304-310

УДК 547.655+547.51

Preparation of Adamantyl

and t-butyl Oximes Derivatives of 1,3-

and 1,4-Dihydroxynaphthalene Diketone Tautomers

Ivan V. Peterson*", Nadezhda M. Svirskayaa, Alexander A. Kondrasenkoa and Anatoliy I. Rubayloa,b

aInstitute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS FRC "Krasnoyarsk Science Center SB RAS" 50/24 Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia

bSiberian Federal University 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041, Russia

Received 09.03.2017, received in revised form 21.06.2017, accepted 30.07.2017

Adamantyl and tert-butyl derivatives of 1,4-dihydroxynaphthalene diketone tautomer react with hydroxylamine in the pyridine and methanol medium with formation of corresponding monooximes. In the case of 1, 3-dihydroxynaphthalene diketone tautomer only adamantylated oxime was synthesized.

Keywords: adamantane, oximation, diketone forms of dihydroxynaphthalenes.

DOI: 10.17516/1998-2836-0027.

© Siberian Federal University. All rights reserved

* Corresponding author E-mail address: [email protected]

Получение оксимов адамантильных и трет-бутильных производных

дикетонных таутомеров 1,3- и 1,4-дигидроксинафталинов

И.В. Петерсона, Н.М. Свирскаяа, А.А. Кондрасенкоа, А.И. Рубайлоаб

аИнститут химии и химической технологии СО РАН ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/24 бСибирский федеральный университет Россия, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

При взаимодействии адамантильных и трет-бутильных производных дикетонного таутомера 1,4-дигидроксинафталина с гидроксиламином в среде пиридина и метанола образуются их соответствующие монооксимы. В случае дикетонного таутомера 1,3-дигидроксинафталина был синтезирован оксим только адамантилированного соединения.

Ключевые слова: адамантан, оксимирование, дикетонные формы дигидроксинафталинов.

В настоящее время обозначился значительный интерес к различным деароматизован-ным соединениям в связи с тем, что была обнаружена важнейшая роль дикетонных таутомеров гидро- и нафтохинонов, а также дигидроксинафталинов в процессах биосинтеза и деток-сикации [1].

К данному моменту известно о возможности образования 1,4-дигидроксинафталином кинетически стабильного таутомера - 2,3-дигидронафталин-1,4-диона. Данное соединение является многообещающим исходным материалом в различных органических синтезах, но его свойства и реакционная способность, а также возможности образования различных производных до сих пор мало изучены. В этой связи в последние годы наблюдается значительный интерес исследователей к изучению его свойств и реакций [2-5].

В свою очередь, сведения о кето-енольных превращениях 1,3-дигидроксинафталина и регистрации его таутомера 2,4-дигидронафталина-1,3-диона в литературе отсутствуют (кроме комплекса с А1Вг3) [6]. В работах [7-9] упоминается лишь о перспективных свойствах 1,3-диги-дроксинафталина вследствие специфичного расположения гидроксильных групп.

Среди трет-алкилзамещенных производных дикетоформ 1,3- и 1,4-дигидроксинафталинов известно лишь об образовании посредством фотолиза 2-(трет-бутил)-2,3-дигидронафталин-1,4-диона [10]. Другие сведения о получении и изучении свойств подобных трет-алкилзамещенных соединений к настоящему моменту отсутствуют.

Недавно нами было показано, что 1,4-дигидроксинафталин взаимодействует с третичными спиртами (1-адамантанол и трет.бутанол) при комнатной температуре в трифто-руксусной кислоте в таутомерной форме, образуя 2-(1-адамантил)-2,3-дигидронафталин-1,4-дион (I) и 2-(трет-бутил)-2,3-дигидронафталин-1,4-дион (II) [11, 12]. Дальнейшее их

взаимодействие с гидроксиламином в среде пиридина и метанола при нагревании приводит к образованию 2-(1-адамантил)-2,3-дигидронафталин-1-он-4-оксима (III) и 2-(трет-бутил)-2,3-дигидронафталин-1-он-4-оксима (IV). Общая схема синтеза оксимов III и IV представлена на рис. 1.

Необходимо отметить, что 2-(1-адамантил)-1,4-нафтохинон, который образуется при восстановлении дикетона I [11, 12], в аналогичных условиях в реакцию оксимирования не вступает. Но нами было обнаружено, что синтезированные ранее [13] 2-(адамантил)-1,6-дигидроксинафталин (V) и 3-(адамантил)-1,7-дигидроксинафталин (VI) со временем окисляются на воздухе в один и тот же продукт - 2-(1-адамантил)-6-гидрокси-1,4-нафтохинон (VII). Соединение VII также было получено окислением окисью хрома (Сг03) соединений V и VI. В свою очередь, соединение VII вступает в реакцию оксимирования с образованием 2-(1-адамантил)-6-гидрокси-1,4-нафтохинон-4-оксима (VIII). Общая схема синтеза соединений VII и VIII представлена на рис. 2.

В случае 1,3-дигидроксинафталина ранее было показано, что при его взаимодействии с 1-адамантанолом при нагревании в течение 6 ч в смеси уксусной и фосфорных кислот образуется 4-(1-адамантил)-2,4-дигидронафталин-1,3-дион (IX) [14, 15]. В аналогичных условиях с реакцией оксимирования соединения I был получен 4-(1-адамантил)-2,4-дигидронафталин-3-он-1-оксим (X). Общая схема синтеза соединений IX и X изображена на рис. 3.

Однако при реакции 1,3-дигидроксинафталина с трет-бутанолом в подобных условиях при увеличении времени нагрева образуется смесь продуктов алкилирования, состоящая из

X

Рис. 1. Схема синтеза оксимов III и IV Fig. 1. Synthesis of oximes III and IV

Oil

Рис. 2. Схема синтеза соединения VII и его оксима VIII Fig. 2. Synthesis of compound VII and their oxime IV

- 306 -

OH

1-AdOH

CH3COOH : H3PO4

OH

NOII

IX Ad H Рис. 3. Схема синтеза соединения IX и его оксима X Fig. 3. Synthesis of compound IX and their oxime X

NIbOII, C5II5N CH3OH

Ol [

t-Bu

Рис.4. Схема синтеза соединений XI и XII Fig. 4. Synthesis of compounds XI and XII

таутомерной (кетоной) формы [4-(трет.бутил)-2,4-дигидронафталин-1,3-диона (XI)] и енольной формы дигидроксинафталина [7-(трет.бутил)-1,3-дигидроксинафталина (XI)]. Получение оксима соединения XI из данной реакционной смеси не представляется возможным. Схема синтеза соединений XI и XII дана на рис. 4.

Таким образом, были синтезированы и охарактеризованы адамантильные и трет-бутильные производные 1,3- и 1,4-дигидроксинафталинов и их оксимы. При этом показано, что в синтезированных дикетоформах в реакцию предпочтительно вступает одна карбонильная группа. Малую реакционную способность второй карбонильной группы можно объяснить стерическими препятствиями, создаваемыми объёмным адамантильным заместителем и трет-бутильным фрагментом. Стерическими препятствиями также можно объяснить факт того, что реакция оксимирования 2-(1-адамантил)-1,4-нафтохинона не протекает. Возможно, что наличие в соединении VII донорного заместителя (гидроксильной группы) в шестом положении оказывает активирующее действие в реакции оксимирования.

В заключение необходимо отметить, что интерес к получению и изучению свойств азотсодержащих производных адамантилированных нафталиндиолов (включая их дикетонные формы) обусловлен тем, что наибольшее количество веществ с адамантановым каркасом и установленной биологической активностью содержат в своей структуре азотные и ароматические компоненты.

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР зарегистрированы на спектрометре Bruker Avance III 600 ('H - 600.13 МГц, 13С - 150.90 МГц) Красноярского регионального центра коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН. Элементные анализы выполнены на приборе Flash EA 1112TM.

Описание синтеза и строения соединений I-II, V-VI и IX приведено в работах [11-15].

2-(1-адамантил)-2,3-дигидронафталин-1-он-4-оксим (III)

0.294 г (0.001 м) 2-(1-адамантил)-2,3-дигидронафталин-1,4-диона нагревали с 0.077 г NH2OHHCl в смеси 3 мл метанола и 3 мл пиридина на водяной бани в течение часа. После удаления растворителей реакционную смесь промывали разбавленной соляной кислотой и водой. Сушили. Выход 0.19 г (62 %). Т. пл.: 96-97 °С. Найдено, % С 78.14; H 7.51; N 4.60. C20H23NO2. Вычислено, %: С 72.17, Н 7.49, N 4.56. Спектр ЯМР (CD2Cl2): 1Н, 5, м.д 1.53-1.66 (м, 6H, Ad-CH2), 1.56 (м, 6H, Ad-CH2), 1.90 (м, 3H, Ad-CH), 2.42 (дд, J=7.0, J=2.8, 1H, H-3a), 2.65 (дд, J=17.1, J=7.0, 1H, H-3b), 3.78 (дд, J= 17.1, J=2.8, 1H, H-2), 7.48 (м, 1H, H-6), 7.56 (м, 1H, H-7), 7.84 (уш.с., 1H, NOH), 7.93 (м, 1H, H-5), 7.98 (м, 1H, H-8); 13С, 5, м.д. (ацетон-d,): 22.9 (C-3), 29.6 (Ad-CH), 36.8 (Ad-C), 37.5 (Ad-CH2), 41.2 (Ad-CH2), 57.3 (C-2), 124.2 (C-5), 127.1 (C-8), 130.4 (C-6), 134.1 (C-7), 134.7 (C-1a), 137.5 (C-4a), 152.4 (C-4), 199.1 (C-1).

2-(трет-бутил)-2,3-дигидронафталин-1-он-4-оксим (IV)

0.218 г (0.001 м) 2-(трет-бутил)-2,3-дигидронафталин-диона нагревали с 0.077 г NH2OHHCl в смеси 3 мл метанола и 3 мл пиридина на водяной бани в течение часа. После удаления растворителей реакционную смесь промывали разбавленной соляной кислотой и водой. Сушили. Темно-серое масло. Выход 0.19 г (5 %). Спектр ЯМР (CDCl3): 1Н, 5, м.д.: 1.02 (с, 9H, tBu-CH3), 2.65 (дд, J=6.6, J=1.6, 1H, H-2), 2.98 (дд, J=16.9, J=6.6, 1H, H-3a), 3.57 (дд, J=16.9, J=4.6, 1H, H3-b), 7.50 (т, J=7.0, 1H, H-6), 7.59 (м, 1H, H-7), 7.98 (д, J=8.1, 1H, H-5), 8.00 (д, J=7.8, 1H, H-8), 8.51 (уш.с, 1H, NOH); 13С, 5, м.д.: 23.8 (C-3), 28.3 (tBu-CH3), 34.1 (tBu-C), 55.1 (C-2), 123.3 (C-5), 126.9 (C-8), 130.1 (C-6), 133.5 (C-1a), 133.6 (C-7), 135.3 (C-4a), 153.4 (C-4), 199.5 (C-1).

2-(1-адамантил)-6-гидрокси-1,4-нафтохинон (VII)

К 0.294 г (0.001 м) соединений V или VI растворенным в CH3COOH добавляли 0.5 г CrO3 в смеси H2O и CH3COOH. Температуру смеси повышали до 35 °С, затем поддерживали температуру при 40 °С. Выход 0.283 г (92 %). Т. пл.: 210-211 °С (разл). Найдено, % С 77.95; H 6.49; C20H20O3. Вычислено, %: С 77.77, Н 6.49. Спектр ЯМР (CDCl3): 1Н, 5, м.д.: 1.80 (м, 6H, Ad-CH2), 2.03 (м, 6H, Ad-CH2), 2.10 (м, 3H, Ad-CH), 5.81 (уш.с, 1H, OH), 6.71 (с, 1H, H-3), 7.15 (д, J=8.5, 1H, H-7), 7.44 (с, 1H, H-5), 7.99 (д, J=8.7, 1H, H-8); 13С, 5, м.д.: 28.5 (Ad-CH), 36.7 (Ad-CH2), 38.3 (Ad-C), 40.6 (Ad-CH2), 111.4 (C-5), 120.7 (C-7), 127.6 (C-1a), 129.9 (C-8), 133.5 (C-4a), 134.0 (C-3), 158.6.1 (C-2), 160.0 (C-6), 183.7 (C-1), 186.0 (C-4).

2-(1-адамантил)-6-гидрокси-1,4-нафтохинон-4-оксим (VIII)

0.308 г (0.001 м) соединения VII нагревали с 0.077 г NH2OHHCl в смеси 3 мл метанола и 3 мл пиридина на водяной бани в течение часа. После удаления растворителей реакционную смесь промывали разбавленной соляной кислотой и водой. Сушили. Выход 0.283 г (62 %). Т. пл.: 167-168 °С. Найдено, % С 74.28; H 6.56; N 4.33. C20H21NO3. Вычислено, %: С 74.31, Н 6.52, N 4.31. Спектр ЯМР (ацетон-ds): 1Н, 5, м.д.: 1.80 (м, 6H, Ad-CH2), 2.06 (м, 3H, Ad-CH), 2.09 (м, 3H, Ad-CH2), 7.03 (дд, J=8.1, J=2.5 1H, H-7), 7.55 (д, J=2.5, 1H, H-5), 7.79 (с, 1H, H-3), 7.99 (д, J=8.7, 1H, H-8), 9.22 (уш.с, 1H, OH-6), 11.88 (уш., 1H, NOH); 13С, 5, м.д.: 29.7 (Ad-CH), 37.7 (Ad-CH2), 38.9 (Ad-C), 41.3 (Ad-CH2), 107.6 (C-5), 118.6 (C-7), 121.4 (C-3), 126.1 (C-1a), 130.0 (C-8), 135.8 (C-4a), 147.1 (C-4), 150.3 (C-2), 161.9 (C-6), 184.1 (C-1).

4-(1-адамантил)-2,4-дигидронафталин-1,3-дион-1-оксим (X)

0.294 г (0.001 м) 2-(1-адамантил)-2,4-дигидронафталин-1,3-диона нагревали с 0.077 г NH2OHHCl в смеси 3 мл метанола и 3 мл пиридина на водяной бани в течение часа. После уда- 308 -

ления растворителей реакционную смесь промывали разбавленной соляной кислотой и водой. Сушили. Выход 0.17 г (59 %). Т. пл.: 115 °С (разл.). Найдено, % С 78.20; H 7.47; N 4.60. C20H23NO2. Вычислено, %: С 72.17, Н 7.49, N 4.56. Спектр ЯМР (CDCl3): 1Н, 5, м.д.: 1.47 (м, 6H, Ad-CH2), 1.76-1.83 (м, 6H, Ad-CH2), 1.96 (м, 3H, Ad-CH), 3.22 (c, 1H, H-4), 3.77 (д, J=22.9, 1H, H-2a), 3.92 (д, J=22.6, 1H, H-2b), 7.14 (д, J=7.6, 1H, H-5), 7.30 (т, J=7.6, 1H, H-6), 7.35 (т, J=6.9, 1H, H-7), 7.78 (д, J=7.6, 1H, H-8), 9.05 (уш.с, 1H, NOH); 13С, 5, м.д.: 25.2 (C-2), 30.7 (Ad-CH), 36.1 (Ad-CH2), 38.0 (Ad-C), 40.4 (Ad-CH2), 57.1 (C-4), 124.8 (C-8), 127.3 (C-6), 129.0 (C-7), 130.8 (C-5), 131.7 (C-1a), 136.0 (C-4a), 147.1 (C-1), 155.41 (C-3).

Реакционная смесь: 4-(трет.бутил)-2,4-дигидронафталин-1,3-дион (XI) и 7-(трет.бутил)-1,3-дигидроксинафталин (XII)

0.160.г (1 ммоль) 1,3-дигидроксинафталина и 0.0074 г (1 ммоль) трет-бутанола нагревали в ампуле при 60 °С в смеси 0.6 мл CH3COOH и 1.5 мл 85 % H3PO4 в течение 15 ч. После охлаждения реакционную смесь обрабатывали ледяной водой, отфильтровывали осадок и промывали его несколько раз до нейтральной реакции. Сушили. Общий выход: 0.090 г (40 %, из них XI -0.060 г, XII - 0.022 г).

Спектр ЯМР (CDCl3) соединения XI: 1Н, 5, м.д.: 0.95 (с, 9H, tBu-CH3), 3.5 (дд, J=21.3, J=1.4, 1H, H-2a), 3.52 (c, 1H, H-4), 3.58 (д, J=21.5, 1H, H-2b), 7.27 (д, J=7.8, 1H, H-5), 7.45 (тд, J=7.8, J=1.1, 1H, H-6), 7.59 (тд, J=7.6, J=1.4, 1H, H-7), 8.07 (дд, J=7.8, J=0.95, 1Н, H-8).

Спектр ЯМР (CDCl3) соединения XII: 1Н, 5, м.д.: 1.41 (с, 9H, tBu-CH3), 4.20 (уш.с, 2H, OH), 6.51 (c, 1H, H-3), 6.73 (с, 1H, H-4), 7.54 (м, 1H, H-6), 7.58 (м, 1H, H-5), 8.00 (уш.с, 1H, H-8); 13С, 5, м.д.: 31.1 (tBu-C), 31.3 (tBu-CH3), 100.9 (C-2), 102.1 (C-4), 126.1 (C-8), 119.8 (C-1a), 126.0 (C-6), 116.4 (C-5), 133.6 (C-4a), 145.7 (C-7), 152.9 (C-1), 153.0 (C-3).

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-33-00094 мола.

Список литературы

1. Husain S. M., Schatzle M. A., Ludeke S., Muller M. Unprecedented role of hydronaphthoquinone tautomers in biosynthesis. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, V. 53, p. 9806-9811.

2. Pearson M. S, Jensky B. J., Greer F. X., Hagstrom J. P., Wells N. M. Substituent effects in the keto-enol tautomerism of fused 1,4-naphthalenediols. J. Org. Chem. 1978. V. 43, p. 4617-4622.

3. Kündig E. P., Garcia A., Lomberget T., Bernardinelli G. Rediscovery, isolation, and asymmetric reduction of 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene-1,4-dione and studies of its [Cr(CO)3] complex. Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V. 45, p. 98-101.

4. Kündig E. P., Garcia A. Diastereoselective and enantioselective reduction of tetralin-1,4-dione. Beilstein. J. Org. Chem. 2008. V. 37, p. 37-41.

5. Garcia A., Ouizem S., Cheng X., Romanens P., Kündig E. P. Efficient Enantioselective syntheses of sertraline, 2-epicatalponol and catalponol from tetralin-1,4-dione. Adv. Synth. Catal. 2010. V. 352, p. 2306-2314.

6. Камший Л. П., Маматюк В. И., Коптюг В. А. Взаимодействие фенолов с кислотами Льюиса: 10. Комплексы диоксинафталинов с бромистым алюминием. ЖОрХ. 1974. Т. 10, с. 2194-2200. [Kamshiy L.P., Mamatuk V. I., Koptug V.A. Interaction of phenols with Lewis acids: 10.

Complexes of dioxinaphthalenes with aluminum bromide. Rus. J. Org. Chem. 1974. Vol. 10, p. 21942200. (In Russ.)]

7. Межерецкий В. В., Тюрин Р. В., Миняева Л. Г., Антонов А. К., Задорожная А. П. Полиядерные гетероциклические системы на основе 1,3-нафталиндиола I. Взаимодействие 1,3-на-фталиндиола и его производных с Р-дикарбонилами и а,Р-непредельными дикарбонильными соединенями. ЖОрХ. 2006. Т. 42, с. 1473-1478. [Mezheritskii V. V., Tyurin R. V., Minyaeva L. G., Antonov A. N., Zadorozhnaya A. P. Polynuclear heterocyclic systems based on naphthakene-1,3-diol: I. Reaction of naphthalene-1,3-diol and its derivatives with p-dicarbonyl and a,p-unsaturated carbonyl compounds. Rus. J. Org. Chem. 1974. Vol. 10, p. 2194-2200 (In Russ.)].

8. Mukhopadhyay P., Iwashita Y., Shirakawa M., Kawano S., Fujita N., Shinkai S. Spontaneous colorimetric sensing of the positional isomers of dihydroxynaphthalene in a 1D organogel matrix. Angew. Chem. Int. Ed. 2006. 45, p. 1592-1595.

9. El-Halawany A. M., Chung M. H., Nakamura N., Ma C.-M., Nishinara T., Hattori M. Estrogenic and anti-estrogenic activities of Cassia tora phenolic constituents. Chem. Pharm. Bull. 2007. V. 55, p. 1476-1482.

10. Russel G. A., Chen P., Kim B. H., Rajararnam R. Homolytic base-promoted aromatic alkylations by alkylmercury halides. J. Am. Chem. Soc. 1997. V. 119, p. 8795-8801.

11. Петерсон И.В., Соколенко В.А., Свирская Н.М., Рубайло А.И. С-алкилирование 1,4-дигидроксинафталина третичными спиртами. Журнал СФУ. Серия: Химия. 2010. Т. 3. С. 362-368. [Peterson I. V., Sokolenko W. A., Svirskaya N. M., Rubaylo A. I. C-alkylation of 1,4-dihydroxynaphthalene with tertiary alcohols. J. Siberian Fed. Univ. Chem. 2010. V. 3, p. 253-259 (In Russ.)].

12. Peterson I. V., Svirskaya N. M., Kondrasenko A. A., Rubaylo A. I. Preparation of adamantyl derivatives of 1,4-; 1,6- and 1,7-dihydroxynaphtalenes and assignment of their NMR data. Magn. Reson. Chem. 2013. V. 51, p. 762-766.

13. Петерсон И. В., Соколенко В. А., Свирская Н. М., Рубайло А. И. Синтез адамантиль-ных производных 1,6- и 1,7-дигидроксинафталинов. Журнал СФУ. Серия: Химия. 2010. Т. 3. С. 362-368. [Peterson I. V., Sokolenko W. A., Svirskaya N. M., Rubaylo A. I. Synthesis of adamantyl derivatives of 1,6- and 1,7-dihydroxynaphthalenes. J. Siberian Fed. Univ. Chem. 2010. V. 3, p. 362-368 (In Russ.)].

14. Peterson I. V., Svirskaya N. M., Kondrasenko A. A., Rubaylo A. I.. Spectral assignment of new adamantane derivatives of 1,3-; 1,5-dihydroxy- and 1,5-dimethylnaphtalenes. Magn. Reson. Chem. 2015. V. 53, p. 323-326.

15. Петерсон И. В., Соколенко В. А., Свирская Н. М., Рубайло А. И. Алкилирование 1-ада-мантанолом 1,8- и 1,3-дигидроксинафталинов. Журнал СФУ. Серия: Химия. 2016. Т. 9, С. 134139. [Peterson I. V., Sokolenko W. A., Svirskaya N. M., Rubaylo A. I. 1-Adamantanol alkylation of 1,8- and 1,3- dihydroxynaphthalenes. J. Siberian Fed. Univ. Chem. 2016. V. 9, p. 134-139 (In Russ.)].