CC BY
25
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 547.341+547.725
В.А. Андреева
аспирант, кафедра химии, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный
университет»
А.В. Горбунов
аспирант, кафедра химии, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный
университет» П.П. Муковоз
канд. хим. наук, ведущий научный сотрудник, «Институт клеточного и внутриклеточного
симбиоза» УрО РАН
В. О. Козьминых
д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой химии, ФГБОУ ВПО «Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет»
СИНТЕЗ И ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ МЕТИЛ-[^)-2-ГИДРОКСИ-3-(2-ОКСОПЕНТИЛИДЕН)-3,4-ДИГИДРО-2Н-1,4-БЕНЗОКСАЗИН-2-ИЛ]АЦЕТАТА
Работа выполнена в рамках заявки РФФИ № 15-03-05492.
Аннотация. Получен неизвестный ранее метил-[^)-2-гидрокси-3-(2-оксопентилиден)-3,4-дигидро-2Н-1,4-бензоксазин-2-ил]ацетат. Обсуждаются особенности строения синтезированного соединения на основании данных ИК и ЯМР спектроскопии.
Ключевые слова: 1,3,4,6-Тетраоксо-системы, 1,3,4,6-тетраоны, трикетоэфиры, кетипинаты, 2-аминофенол, 0,0-ацетали безоксазинов.
V.A. Andreeva, Orenburg State University
A.V. Gorbunova, Orenburg State University
P.P. Mukovoz, Institute of Cellular and Intracellular Symbiosis
V.O. Kozminykh, Perm State Humanitarian Pedagogical University
SYNTHESIS AND STRUCTURE PECULIARITIES OF METHYL [(3Z)-2-HYDROXY-3-(2-
OXOPENTYLIDENE)-3,4-DIHYDRO-2H-1,4-BENZOXAZIN-2-YL]ACETATE
Abstract. The earlier unknown methyl [(3Z)-2-hydroxy-3-(2-oxopentylidene)-3,4-dihydro-2H-1,4-benzoxazin-2-yl]acetate is prepared. Structure peculiarities of the synthesized compound based on IR and NMR spectral data are discussed.
Keywords: 1,3,4,6-Tetraoxo systems, 1,3,4,6-tetraones, trioxo ethers, ketipinates, 2-aminophenol, benzoxaz-ine 0,0-acetals.
Известно, что взаимодействие 1,3,4,6-тетраоксо-систем (ТКС) с 2-аминофенолами
может приводить к различным продуктам гетероциклизации в зависимости от природы суб-
1 2
страта и условий реакции. Так, 1,3,4,6-тетраоны (1, R = R = Ar, Alk) [1-4] при взаимодействии с 2-аминофенолами в большинстве случаев образуют 3-ацилметилен-1,4-бензоксазин-2-оны (2) [5, 6]. В то же время такие ТКС, как эфиры 3,4-диоксо-1,6-гександиовой (кетипино-вой) кислоты (1, R1 = R2 = OAlk) [7-10] или 1,3,4,6-тетракетоны (1, R1 = R2 = f-Bu, n-Pr; R1 = n-Pr, R = Et) [1-4], при взаимодействии с 2-аминофенолами дают устойчивые 0,0-полуацетали (3) [11, 12] (схема 1).
O-
о о
H,N.
R
+
HO
R2
OO
1
Rl(2)
H2o
- H2O
OO
h
N
R1 = R2 = Ar, Alk (1, 2); R1 = R2 = OAlk, f-Bu, n-Pr (1, 3); R1 = n-Pr, R2 = Et (1, 3)
Схема 1
V
/OH
T
С целью дальнейшего изучения нуклеофильных превращений таких ТКС, как эфиры
1 - Alk, R2 = OAlk, трикетоэфиры) [13], нами было изучено
2
3,4,6-триоксоалкановых кислот (1, R
взаимодействие метилового эфира 3,4,6-триоксононановой кислоты (1а, К1 = п-Рг, К2 = ОМе) с 2-аминофенолом, в результате которого был выделен метил-[(32)-2-гидрокси-3-(2-оксопентилиден)-3,4-дигидро-2Н-1,4-бензоксазин-2-ил]ацетат (4) (схема 2).
O O
H2N
и-Pr
+
OMe
HO
O^ .Pr-и H V
O
O
1а
- H2O
Схема 2
OH
O
O
Т
OMe
Соединение (4) представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в обычных органических растворителях и нерастворимое в воде.
Данные ИК спектров свидетельствуют, что бензоксазин (4) в твердом состоянии имеет МН-монохелатную 0,0-полуацетальную форму 4А (схема 3), что хорошо согласуется с известными сведениями о строении структурно близких полуацеталей бензоксазинов (3а, К1 = К2 = ОА1к) [12].
жа .Рг-и
O
4А
OH O
OMe
т
Схема 3
Так, в ИК спектре соединения (4), записанном в пасте вазелинового масла, присутствует мало
интенсивная, но отчетливая полоса поглощения вторичной аминогруппы МН-хелатного фрагмента
1 1 3467 см и уширенная интенсивная полоса поглощения ацетального гидроксила 3300-2600 см .
2
3
4
Сигнал карбонильной группы п-РгСО-ацильного звена находится 1597 см-1, пониженная частота которого свидетельствует о наличии МН-хелатного фрагмента. Низкочастотный сигнал карбонильной группы п-РгСО-звена может свидетельствовать о присутствии в молекуле соединения (4) МН-хелатной внутримолекулярной водородной связи (ВВС) в твердом состоянии. Отметим, что аналогичные сигналы соединений (3б, К1 = К2 = п-Рг; 3в, К1 = п-Рг, К2 = Е1), имеющих МН-хелатную ВМВС, находятся в ИК спектрах в немного более высокочастотной области -
-1 -1 1630-1635 см- , а сложноэфирных производных (3а) - 1662-1664 см- .
В растворе соединения (4) наличие МН-хелатной ВВС однозначно подтверждается его ИК спектрами, записанными в растворе хлороформа при разных концентрациях. Так, сигнал
МН-протона немного смещается в низковолновую область и наблюдается в виде сильно уши-
-1
ренной полосы 3500-3300 см , не изменяя своего положения при разведении в 10 и в 50 раз (хлороформ). Уширение этого сигнала свидетельствует о присутствии водородных связей в молекуле, а его постоянное положение в спектре при разбавлении доказывает, что связи эти являются внутримолекулярными.
Высокая частота поглощения карбонильной группы сложноэфирного звена 1749 см-1 свидетельствует об отсутствии какого-либо значимого сопряжения с ней кратных связей ближайшего окружения, что должно наблюдаться при ее локализации в р-положении к полуаце-тальному фрагменту молекулы. Аналогичные полосы у соединений (3б,в и 3а) находятся в низкочастотной области - 1688-1679 см-1 и 1717-1689 см-1, соответственно.
Сильно уширенный низкочастотный сигнал ацетальной гидроксогруппы, вероятно, свидетельствует о наличии ВВС между карбонильной группой сложноэфирного звена и протоном полуацетального гидроксила.
В растворах как полярных (ДМСО-с(6), так и неполярных растворителей (СйС!3) соединение (4) представлено единственным МН-хелатным таутомером 4А (100%), о чем свидетельствуют сигнал (^-ориентированного метинового протона со значением химического сдвига б 5,55 м.д. (ДМСО-с(6) или б 5,46 м.д. (СйС!3) и сигнал протона аминогруппы при б 12,23 (ДМСО-б6 или б 12,25 м.д., СйС!3), связанного ВВС с карбонильной группой ацильного звена.
Альтернативную (Е)-форму 4В можно уверенно исключить на основании отсутствия в ЯМР 1Н спектрах сигналов (Е)-ориентированных метиновых протонов, которые должны были бы наблюдаться в более сильных полях (согласно расчету по программе АСй/ЬаЬэ при б 5,29 м.д., схема 4).
5,29 м.д.
Схема 4
О наличии полуацетального фрагмента в молекуле соединения (4) свидетельствуют сильнопольные сигналы ацетальной гидрокси-группы при б 7,79 м.д. (ДМСО-с(6 или б 7,26 м.д., СйС!3) и двухдублетный сигнал двух взаимодействующих неэквивалентных геминальных протонов метиленовой группы с центрами дублетов при б 2,95 м.д. и б 3,17 м.д. (ДМСО-с(6) или б 2,88 м.д. и б 3,00 м.д. (СйС!3) и константой спин-спинового взаимодействия (КССВ) и 15,5 Гц (спиновая ЛВ-система, схема 5).
ВВС
н
О
ВВС
О
О
4А На
н р ОМе
Схема 5
Следует отметить, что в процессе образования соединения (4) не исключено и иное направление реакции, результатом которого может явиться образование альтернативной региои-зомерной структуры 5 с п-РгОО-ацильным звеном при ацетальном звене (схема 6). Данные спектров ЯМР 1Н не являются достаточно убедительными для объяснения существования соединения (4) в виде того или иного региоизомера.
О^ .ОМе Н V
О
О
V
н
О
Рг-и Схема 6
С целью выяснения особенностей строения соединения (4) нами был проведен сравнительный анализ ЯМР 13С спектров этого полуацеталя и полуацеталя (3б), записанных в растворе дейтерохлороформа с расчётными спектрами этих соединений.
По данным расчётных ЯМР 13С спектров, в случае существования полуацеталя (4) в форме 4А атом углерода карбонильной группы С(16)=О должен иметь слабопольный химический сдвиг и находиться у обоих соединений (3б, 4) при б 198,70 м.д. Это явление обусловлено сильным дезэкра-нированием атома углерода С(16)=О в составе МН-хелатной структуры. В реальных спектрах это значение у соединений (3б, 4) составляет б 202,58 м.д. (совпадая до сотых долей химического сдвига).
Значение химического сдвига карбонильной группы С(13)=О ацетального звена в соединении (3б) должно наблюдаться в немного более слабом поле при б 206,26 м.д., что объясняется отсутствием в ближайшем окружении таких сильных экранирующих факторов, как наличие МН-хелатного гетероцикла. В реальном спектре соединения (3б) значение составляет б 211,42 м.д., что хорошо согласуется с расчетом. Значение химического сдвига С(13)=О сложно-эфирной карбонильной группы ацетального фрагмента в соединении (4, форма 4А), согласно расчету, должен наблюдаться в значительно более сильном поле - при б 168,47 м.д. В ЯМР 13С спектре это значение составляет б 171,40 м.д (схема 7).
Таким образом, в пользу существования структуры 4А свидетельствует совпадение расчетных и спектральных данных С(16)=О карбонильной группы МН-хелатного фрагмента.
Однако как спектральные, так и расчетные данные, относящиеся к С(13)=О карбонильной группе ацетального фрагмента, не являются однозначными. Если допустить, что сильно-польный сдвиг С(13) объясняется экранирующим влиянием неподеленных электронных пар атомов кислорода бензоксазинового гетероцикла и ацетального гидроксила, то аналогичное
5
явление должно наблюдаться и в случае соединения (3б), что в реальности не происходит. Если рассматривать причину такого смещения в сильные поля как результат влияния электронных пар метоксизвена, то невозможно объяснить аналогичное смещение сигнала в расчетном спектре структуры (5, б 169,35 м.д.), в которой это звено отсутствует.
п
/
202,58
198,70 (расчет.) Рг-и
I,
16
О
н
202,58
198,70 (расчет.) О^ т .Рг-и
н %
О.
4А
X
омеч
О
3б
т.
О^ .ОМе
н >
О.
О
171,40
168,47 (расчет.)
13 Рг-
и
211,42
206,26 (расчет.)
Рг-и
Схема 7
Для окончательной верификации нами был снят 2й ЯМР спектр дНМВС соединения (4). Согласно данным двумерного НМВС спектра, записного в дейтерохлороформе, атом углерода С(16)=О карбонильной группы (со значением химического сдвига б 202,58 м.д. в ЯМР 13С спектре) дает два кросс-пика с протонами двух метиленовых групп н-пропильного звена, а также один кросс-пик с метино-вым протоном МН-хелатного фрагмента. Атом углерода С(13)=О карбонильной группы сложноэфирного звена (со значением химического сдвига б 171,40 м.д. в ЯМР 13С спектре) дает кросс-пик с протонами метоксигруппы и четыре кросс-пика с двумя дублетами геминальных, магнитно не эквивалентных протонов метиленовой группы звена МеОСОСН2 при ацетальном фрагменте. Таким образом, 2й ЯМР спектр однозначно подтверждает существование соединения (4) в растворе в форме 4А (рис. 1).
Рисунок 1 - Спектр 2Р (дНМВ) соединения (4), записанный в дейтерохлороформе
5
Первичная атака аминогруппы 2-аминофенола, вероятно, протекает по более электро-фильному С(4)-карбонильному атому соединения (1а), что связано с различной природой его заместителей в 1- и 6-положениях. Это первоначально приводит к образованию промежуточного енаминопроизводного, дальнейшая гетероциклизация которого дает структуру (4) в форме полуацеталя 4А.
Заключение
Синтезирован неизвестный ранее 0,0-полуацеталь бензоксазина на основе реакции метилового эфира 3,4,6-триоксогептановой кислоты и 2-аминофенола, который может найти применение в синтезе различных азотсодержащих соединений с потенциально полезными свойствами.
Экспериментальная химическая часть.
ИК спектры соединения 4 записаны на спектрофотометре "Инфралюм ФТ-02" в таблетке KBr. Спектры ЯМР 1H соединения 4 получены на приборе "MERCURYplus-300" (300,05 МГц); двумерный ЯМР 1H-1H спектр и ЯМР 13С спектр получены на приборе "Bruker DRX-500" (500,13 МГц) в дейтерохлороформе, внутренний стандарт - ТМС. Данные элементного анализа синтезированных соединений соответствуют расчётным значениям. Расчёт спектров ЯМР H проведён в программе ACD/Labs, версия 10. Протекание реакций контролируют, а индивидуальность полученных веществ подтверждают методом ТСХ на пластинках Silufol UV-254 в системе гек-сан-ацетон, 2:1. Исходный реагент - соединение (1а) получено по методике, опубликованной в работе [13]. Лабораторные реактивы перед использованием очищают перегонкой.
К 6,01 г (25 ммоль) соединения (1а) добавляли 2,73 г (25 ммоль) 2-аминофенола в 50 мл этилацетата при непродолжительном кипячении. Растворитель выпаривали, остаток растирали с диэтиловым эфиром, сушили, получали соединение (4), которое перекристаллизовали из этилацетата или этанола.
Метил-[(32)-2-гидрокси-3-(2-оксопентилиден)-3,4-дигидро-2Н-1,4-бензоксазин-2-ил]ацетат (4). Выход 4,88 г (64%); т.пл. 78-79°С. Найдено, %: С 62,94%; Н 6,27%; N 4,59%. С16Н19ЫО5. Вычислено, %: C 62,78%; Н 6,44%; N 4,35%. М 305,33. ИК спектр (вазелиновое масло): 3300-2600 уш. v (ОН), 3467 v (NH), 1749 v Н3С-С=О, 1597 v С3Н7-С=О, 1537 v (С=С, Ш-хелат), 1498 v (С=С, С6Н4), 1455 öas (CH3), 1292 v (С-ОН), 1274 v (С-ОСН3), 1175, 1139, 1094, 1076, 988, v^e™ (С-С, С-N), 923 б неплоские (CH, C6H3). ИК спектр (CDCl3): 3300-2600 ушир. N (ОН), 3500-3300 v (NH), 1717 v Н3С-С=О, 1633 v С3Н7-С=О, 1573 v (С=С, Ш-хелат), 1603, 1500, 1498 v (С=С, С6Н4), 1439 6as (CH3), 1353 6s (СН3), 1215 v (С-ОН), 1048 Vскeлeтныe (С-С,С-N), 926 бнеплоские (CH, C6H3). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3, б, м.д.): 0,97 т (3H, CH2CH2CH3, J 7,5 Гц), 1,68 м (2H, CH2CH2CH3), 2,42 т (2H, CH2CH2CH3, J 7,5 Гц), 2,88 д, 3,00 д (2H, CH2CQQCH3, J 15,50 Гц), 3,82 с (3H, ОCH3), 5,46 с (1H, CH), 6,12 с (1H, ОИ), 6,89-6,99 гр.с. (4Н, С6Н4), 12,25 с (1Н, NH). Спектр ЯМР 1Н (ДМСО-с/6, б, м.д.): 0,90 т (3H, CH2CH2CH3, J 7,5 Гц), 1,57 м (2H, CH2CH2CH3), 2,34 т (2H, CH2CH2CH3, J 7,5 Гц), 2,95 д, 3,17 д (2H, CH^CPPCH^ J 15,50 Гц), 3,55 с (3H, О^), 5,55 с (1H, CH), 6,90-7,18 гр.с. (4Н, С6Н4), 7,79 с (1H, ОИ), 12,23 с (1Н, NH). Спектр ЯМР 13С ^DCh, б, м.д.): 13,90 С(22), 18,74 С(21), 39,86 С(12), 45,02 С(20), 52,57 С(19), 77,00 С(15), 91,22 С(2), 94,11 С(7), 115,84 С(10), 117,51 (9), 123,49 С (8), 125,97 С(5), 141,71 С(6), 149,65 С(3), 171,40 С(13), 202,58 С(16).
Список литературы:
1. Современные достижения в области синтеза и изучения строения 1,3,4,6-тетракарбонильных систем и их ближайших аналогов / О.Г. Карманова, В.О. Козьминых, П.П. Муковоз, Е.Н. Козьминых // Башкирский химический журнал. - 2012. - Т. 19, № 3. - С. 109-114.
2. Синтез и структурное разнообразие 1,6-диалкил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов / О.Г. Карманова, П.П. Муковоз, Е.Н. Козьминых, В.О. Козьминых // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2013. - Т. 56, вып. 1. - С. 13-16.
3. Строение и таутомерия 1,6-диалкилзамещенных 1,3,4,6-тетраоксосистем и их бли-
жайших азоаналогов (обзор) / П.П. Муковоз, В.А. Тарасова, О.Г. Карманова, В.О. Козьминых // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. - 2013.- № 4(4). - С. 91-107.
4. Синтез, особенности строения и таутомерия 1,6-дизамещённых 3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов / Е.А. Кириллова, П.П. Муковоз, А.Н. Виноградов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2011. - Т. 54, № 4. - С. 18-22.
5. Гейн, В.Л. Синтез и противомикробная активность 6-этилсульфонил-3-ацилметилен-1,4-бензоксазин-2-онов / В.Л. Гейн, Н.А. Рассудихина, Э.В. Воронина // Хим.-фарм. журнал. -2006. - Т. 40, № 10. - С. 32-33.
6. Синтез и антимикробная активность замещённых бензоксазинонов и хиноксалинов / А.В. Бабенышева, Н.А. Лисовская, И.О. Белевич, Н.Ю. Лисовенко // Химико-фармацевтический журнал. - 2006. - Т. 40, № 11. - С. 31-32.
7. Козьминых, В.О. 1,3,4,6-Тетракарбонильные системы. Сообщение 9. Диэтилкетипи-нат: синтез, особенности строения и взаимодействие с 1,2-диаминобензолом / В.О. Козьминых, П.П. Муковоз, Е.А. Кириллова // Вестник Оренбургского гос. ун-та. - 2009. - № 5. - С. 155-166.
8. Муковоз, П.П. Синтез и особенности строения эфиров 3,4-дигидрокси-1,6-гександиовой кислоты / П.П. Муковоз, О.Н. Дворская, В.О. Козьминых // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2011. - Т. 54, № 5. - С. 96-100.
9. Муковоз, П.П. Синтез, строение и свойства эфиров 3,4-диоксо-1,6-гександиовой (ке-типиновой) кислоты / П.П. Муковоз, В.О. Козьминых // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. - 2013.- № 2 (2). - С. 88-101.
10. Муковоз, П.П. Синтез, строение и свойства эфиров 3,4-дигидрокси-1,6-гександиовой кислоты: автореферат дис. ... канд. хим. наук / П.П. Муковоз. - Ярославль: Изд-во Ярослав. гос. техн. ун-та, 2010. - 23 с.
11. Козьминых, В.О. Взаимодействие 5,6-дигидрокси-2,2,9,9-тетраметилдека-4,6-диен-3,8-диона с о-аминофенолом и о-аминотиофенолом / В.О. Козьминых, Н.М. Игидов, Е.Н. Козьминых // Химия гетероциклических соединений. - 2003. - № 4. - С. 627-629.
12. Муковоз, П.П. Новый простой метод получения 2,2'-(2Н-1,4-бензоксазин-2,3-диилиден)диацетатов / П.П. Муковоз, В.О. Козьминых, О.Н. Дворская // Башкирский химический журнал. - 2010. - Т. 17, № 3. - С. 23-24.
13. Тарасова, В.А. Синтез метиловых эфиров 3,4-дигидрокси-6-оксо-2,4-алкадиеновых кислот / В.А. Тарасова, П.П. Муковоз, В.О. Козьминых // Вестник Южно-Уральского государственного университета. - 2014. - Т. 6, № 3. - С. 11-16.
