CC BY
29
РЕГИОНАПРАВЛЕННАЯ ТРЁХКОМПОНЕНТНАЯ ОДНОРЕАКТОРНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ МЕТИЛКЕТОНОВ С ДИЭТИЛОКСАЛАТОМ И АРОМАТИЧЕСКИМИ АМИНАМИ
Бессонова Елена Николаевна
аспирант кафедры химии естественнонаучного факультета Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета, г. Пермь
E-mail: [email protected] КозьминыхВладислав Олегович д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой химии естественнонаучного факультета Пермского государственного гуманитарно-педагогического
университета, г. Пермь E-mail: kvoncstu@yahoo. com
REGIO-DIRECTED ONE-POT THREE-COMPONENT CONDENSATION OF METHYL KETONES WITH DIETHYL OXALATE AND AROMATIC
AMINES
Bessonova Elena Nikolajevna
Graduate student of Department of Chemistry, Faculty of Natural Science, Perm
State Humanitarian Pedagogical University, Perm Kozminykh Vladislav Olegovitch Dr. Chem., Professor, Head of Department of Chemistry, Faculty of Natural Science,
Perm State Humanitarian Pedagogical University, Perm
АННОТАЦИЯ
Конденсация метилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии натрия с последующим подкислением и добавлением в реакционную смесь ароматических аминов приводит к образованию смеси соединений, которые по данным хромато-масс-спектрометрии являются продуктами нуклеофильной атаки аминов по двум из трех возможных электрофильных центров ацилпируватов.
ABSTRACT
Condensation of methyl ketones with diethyl oxalate in presence of sodium and subsequent acidification by adding to the reaction mixture of aromatic amines leads to the formation of a mixture of compounds, which according to GC-MS are the products of nucleophilic attack of two of the three possible electrophilic centres of acyl pyruvates by amines.
Ключевые слова: Оксалильные конденсации; однореакторные
трехкомпонентные конденсации; конденсации метилкетонов с диэтилоксалатом и ароматическими аминами; масс-фрагментация енаминопроизводных оксобутановых кислот.
Keywords: Oxalyl condensations; one-pot three-component condensations; condensations of methyl ketones with diethyl oxalate and aromatic amine; mass fragmentation of enamino derivatives of oxobutanoic acids.
Оксалильные конденсации алкил(гетарил)метилкетонов с последующим однореакторным азосочетанием с хлоридом арилдиазония приводят к образованию эфиров 3-арилгидразоно-4-алкил-2,4-диоксобутановых кислот (рисунок 1) [4, с. 239].
O
R. .CH3 Alk.
Т
A1 і \ji і 1 HCl -L- NaNO9
Alk ArNH2 + + 2
+ ''
OO
ArNH. + HCl + NaNO2
I
[ArN+ = N]Cl-
NaH - AlkOH
- NaCl
O
R
O
:n
O HN
OAlk
4Ar
Рисунок 1. Однореакторный синтез эфиров 3-арилгидразоно-4-алкил-2,4-
диоксобутановых кислот
Однореакторные конденсации метилкетонов с диалкилоксалатами и N-мононуклеофилами ранее не были изучены. С целью исследования возможности протекания реакции с участием ароматических аминов нами проведена конденсация эквимолярных количеств метилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии натрия с последующим подкислением и добавлением в реакционную смесь ароматических аминов (рисунок 2).
о
^ ^Ме ЕЮ.
ОЕ
т
оо
Рисунок 2. Однореакторная трехкомпонентная конденсацияметилкетонов с диэтилоксалатом и ароматическими аминами; R = CH3 (1а, 1б), C6H5 (2а,
2б)
В результате нами получены препаративно неразделимые смеси соединений, которые по данным хромато-масс-спектрометрии являются продуктами нуклеофильной атаки аминов по двум из трех возможных электрофильных центров промежуточно образующихся в результате конденсации Клайзена ацилпируватов.
Так, конденсация ацетона с диэтилоксалатом и и-толуидином в эквимолярных количествах приводит к образованию смеси этил(22)-2-[(4-метилфенил)амино]-4-оксопент-2-еноата (1а) и этил(3Z)-4-[(4-метилфенил)амино]-2-оксопент-3-еноата (1б). В результате реакции эквимолярных количеств ацетофенона с диэтилоксалатом и и-толуидином образуется смесь этил(2Z)-2-[(4-метилфенил)амино]-4-оксо-4-фенилбут-2-еноата (2а) и этил(3Z)-4-[(4метилфенил)амино]-2-оксо-4-фенилбут-3-еноата (2б).
Масс-спектр соединений 1а и 1б под действием электронного удара приведен на рисунке 3. Время удерживания tr 11,510 мин.
Масс-спектр соединений 1а и 1б, m/z (7отн., %; приведены пики с !отн> 5 %): 247 (19) [M1]+, 201 (8) [М2]+, 174 (100) [M1 - СОС2Н5]+ или [M2 - е^Т, 158 (33) [M2 - СОСН3]+, 132 (25) [М1 - СОС2Н5 - СН3 - СО]+, 130 (16) [М2 - СОСН3 -СО]+, 117 (5), 105 (6) [р-СН3С6Н3МН]+, 91 (30) [СН3С6Н4]+, 89 (9), 77 (6) [С6Н5]+, 65 [С5Н5] (22), 63 [С5Н3] (6).
Рисунок 3. Масс-спектр соединений 1а и 1б под действием электронного
удара
Направления фрагментации алифатических енаминопроизводных ацилпируватов можно представить следующим образом: отщепление
алкоксильной группы сопровождается последующей перегруппировкой и образованием хинолина. При отщеплении сложноэфирной группы образуется фрагментный ион Дальнейшее отщепление метильной группы и
декарбонилирование фрагментного иона Б! приводит к образованию фрагментного иона Б2. Образование иона с ш/2 174 может быть обусловлено как элиминированием сложноэфирной группы, так и потерей молекулы цианистого водорода хинолином [6, с. 354]. Интенсивный ион с ш/2 132 обусловлен разрывом связи по обе стороны кетогруппы в соединении 1б.
Общая схема масс-фрагментации соединений 1а и 1б под действием электронного удара приведена на рисунке 4.
O
H
1а
OEt
■ ОсН+
247 (21,5 %)
O
■ еоое2н5
Т
НзС^0
N
201 (12,9 %)
- ШОИ
Г
O
F1
СцН^КО^+
мг еоое2н51+
174 (100 %)
е9и10к' к-ан-ео-н!+
1 6 5
132 (39,8 %)
N
158 (40,8 %)
Рисунок 4. Направления масс-фрагментации енаминопроизводных
ацилпируватов
Для продуктов 2а и 2б выполнена статистическая обработка данных, полученных в результате хромато-масс-спектрометрического анализа. Произведена оценка фактического разброса значений интенсивностей пиков по величинам их стандартных отклонений 8/ и доверительных интервалов А/ с заранее заданной надежностью:
5 /= А// I
м =
5^{а,п — 1) ^/п
(5)
о
Н3С
не
о
к
2
—,+
+
Не
t(a, п-1) коэффициенты Стьюдента для надежности а = 0,95 и числа степеней свободы п-1,
I — среднее значение интенсивности пика,
8 /0ш — относительная погрешность интенсивности пика [5, с. 24, 31].
В таблице 1 приведен статистически обработанный спектр (n=3) смеси соединений 2а и 2б, а также продукта их перегруппировки (указаны значения массовых чисел с интенсивностью /ош.>5 %). Данные обрабатывались в программе Microsoft Exel 2010.
Таблица 1.
Результаты статистической обработки трех масс-спектров (арил)енаминопроизводных ацилпируватов
m/z ^отн 1отн 6/отн /(% Zsi) М Ы (%bi)
Xi х2 XJ
309М1 17 14,5 16 15,8 15 4,87 2,3 17
263M2 8 8,8 10,5 9,1 26 2,8 2,3 33,3
237 10,5 8,8 9,7 9,7 16 2,97 1,6 19,3
236 58,8 53 55 55,6 10 17,09 5,4 11,3
158 12 12,5 13 12,5 7 3,84 0,9 9,8
130 6 5,6 5,6 5,7 7 1,76 0,4 9,4
106 7,8 8 8 7,9 3 2,44 0,2 5,9
105 100 100 100 100 0 30,73 0 3,6
91 14 16,9 15,3 15,4 17 4,43 2,7 26,5
89 7 7,2 6,5 6,9 10 2,12 0,7 16,1
78 7,8 8 7,3 7,7 9 2,37 0,7 14,8
77 54 52 58 54,7 10 16,8 5,6 10,9
65 15,6 16 15,3 15,6 4 4,8 0,6 9,1
51 8,6 8,8 8,8 8,7 2 2,68 0,2 5,6
Где — номер повтора, I — средние значение интенсивности пика, д/отн — относительная погрешность интенсивности пика, I (% ^51) — среднее значение интенсивности пика в суммарном ионном токе, A/ — доверительные интервалы с надежностью а = 0,95, — относительная
погрешность интенсивности пика в суммарном ионном токе.
Время удерживания tr для х1 18,063 мин, для х2 18,059 мин, для х3 18,052 мин.
В целом данные имеют удовлетворительную воспроизводимость — значение K=^I*А/ равно 233. Установлено, что значения относительных погрешностей интенсивности пиков 51 с относительными интенсивностями /отн > 10 % составляют 4—17 %; для пиков с 5</отн<10 % 5/ составляют 2—26 %,
что также соответствует удовлетворительной воспроизводимости полученных данных. Коэффициент корреляции величин 5/отн и 5!отн (%£51) равен 0,96, это свидетельствует в пользу наличия в анализируемом образце компонентов с близкой структурой и сходными закономерностями фрагментации [1, с. 36— 39].
Направления масс-фрагментации соединений 2а и 2б приведены на рисунке 5.
НзС
НзС
О
N
263 (9,1 %)
О
N
158 (12,5 %)
Ф,
т
Cl6Hl4NO мг соос2н5~1+
236 (55,6 %)
Ф
С9Н^ I
ф, - ан,-со-н1+
1 6 5
130 (5,7 %)
Рисунок 5. Масс-фрагментация (арил)енаминопроизводных ацилпируватов
+
— +
С,Н5СО
Статистически обработанный масс-спектр неразделимой препаративно смеси соединений 2а и 2б, m/z (1отн., %; приведены пики с Тотн> 5 %): 309 (15,8) [М1]+, 263 (9,1) [М2]+, 237 (9,7) [М1 - СООС2Н5 - Н]+, 236 (55,6) [М1 -
СООС2Щ+, 158 (12,5) [М2 - С6НзСО]+, 130 (5,7) [М1 - СОС6Н5 - Н]+, 106 (7,9) [М1 - С12НПО3]+, 105 (100) [С6НзСО]+или [М2 - СюН8Ш]+ или [р-СН3С6Н3КН]+, 91 (15,4) [р-СН3С6Нз]+, 89 (6,9), 78 (7,7), 77 (54,7) [С6Щ+, 65 (15,6), 51 (8,7).
Направления фрагментации (арил)енаминопроизводных ацилпируватов можно представить следующим образом: отщепление алкоксильной группы с последующей перегруппировкой и образованием хинолина. Отщепление сложноэфирной группы сопровождается образованием фрагментного иона Ф1. Дальнейшее отщепление ароматического ядра и декарбонилирование фрагментного иона Ф1 приводит к образованию фрагментного иона Ф2.
Таким образом, под действием электронного удара наблюдаются сходные процессы перегруппировки и масс-фрагментации енаминопроизводных ацилпируватов. Пики фрагментных ионов Ф1 и Б1, образовавшихся в результате разрыва связей рядом с карбонильной группой, имеют высокую интенсивность в спектре, что соответствует литературным данным [3, с. 258]. Наличие в масс -спектрах интенсивных пиков молекулярных ионов М2+ и фрагментных ионов [М2-СОЯ]+ также соответствует процессам масс-фрагментации хинолинов [2, с. 101—107], [6, с. 354].
Список литературы:
1. Зенкевич И.Г., Иоффе Б.В. Интерпретация масс-спектров органических соединений. Л.: Химия, 1986. 176 с.
2. Козьминых В.О., Кириллова Е.А., Гончаров В.И., Голоцван А.В. Трёхкомпонентная тандемная гетероциклизация ацетофенона с диэтилоксалатом и м-аминофенолом — новый метод получения 7-гидрокси-4-фенилхинолин-2-карбоновой кислоты // Вестник Оренбургскогогос. ун-та. Оренбург, апрель 2008. Вып. 85. С. 101—107.
3. Лебедев А.Т., Масс -спектрометрия в органической химии. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. 493 с.
4. Левенец Т.В., Козьминых В.О., Виноградов А.Н., Козьминых Е.Н. Однореакторное азосочетание в системе алкилметилкетоны —
диэтилоксалаты: синтез эфиров 2,4-диоксо-3-(арилгидразоно)алкановых кислот, их строение и химические превращения // Успехи синтеза и комплексообразования: Вторая Всерос. научн. конф. с междунар.
участием, посвященная 95-летию со дня рождения проф. Н.С. Простакова. Москва, 2012. С. 239.
5. Чарыков А.К. Математическая обработка результатов химического анализа: Учеб. пособие для вузов. Л.: Химия, 1984. 168 с.
6. Erno Pretsch, Philippe Buhlmann, Martin Badertscher, Spektroskopische Daten
zur Strukturaufklarung organischer Verbindungen. Springer-Verlag. Berlin,
Heidelberg, 2010. 439 S.
