CC BY
93
Химия растительного сырья. 2005. №2. С. 21-27.
УДК 547.599.2 СИНТЕЗ ИЗОЦИАНАТОВ ДИТЕРПЕНОВЫХ КИСЛОТ
© Н.В. Борисова1, С.Р. Кушнир2, Ю.А. Курский3, Э.Н. Шмидт4, В.А. Додонов1, Б.А. Радбиль5
1 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, пр. Гагарина, д. 23, корп. 2, Нижний Новгород, 603950 (Россия)
E-mail: [email protected]
2ФГУП «Центральный научно-исследовательский и проектный институт лесохимической промышленности», Московское шоссе, 85, Нижний Новгород, 603950 (Россия) E-mail: [email protected] 3Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН, ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород, 603600 (Россия)
E-mail: [email protected]
4Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, пр. Лаврентьева, 9, Новосибирск, 630090 (Россия) E-mail: [email protected] 5ООО «НВФ Лесма», Московское шоссе, 85, Нижний Новгород, 603950 (Россия) E-mail: [email protected]
Действием на амиды дитерпеновых кислот бромом в щелочной водной среде (перегруппировка Гофмана) синтезированы дегидроабиетилизоцианат, изопимарилизоцианат и абиетилизоцианат. Определены некоторые физикохимические константы и химические сдвиги в спектрах 1Н - и 13С - ЯМР полученных соединений.
Введение
Доступным и единственным источником дитерпеновых кислот до настоящего времени остаются живица и канифоль хвойных пород деревьев. Многие исследования превращений индивидуальных дитерпеновых кислот и их производных были направлены на получение биологически активных веществ [1-4]. Синтез новых продуктов на основе возобновляемого растительного сырья является перспективным направлением в современной химии.
В литературе немного сведений о синтезе изоцианатов индивидуальных дитерпеновых кислот. На основании литературных данных [5-7] синтез азотсодержащих производных дитерпеновых кислот (амидов, изоцианатов, аминов) можно осуществить путем последовательных стадий: кислота ^ хлорангидрид ^ амид ^ изоцианат ^ амин. При этом необходимо учитывать возможные перемещения кратных связей в гидрофенан-треновой структуре дитерпеновых кислот на стадии образования соответствующих хлорангидридов.
Целью данной работы является синтез изоцианатов дитерпеновых кислот с различным положением двойных связей в гидрофенантреновом ядре: абиетилизоцианата (сопряженное положение), дегидроабиетилизо-цианата (ароматическое кольцо) и изопимарилизоцианата (изолированное положение двойных связей).
Экспериментальная часть
Дегидроабиетиновую кислоту (I) выделяли из диспропорционированной живичной канифоли избирательной кристаллизацией ее соли с моноэтаноламином [8]. В работе использовали I с содержанием основного вещества 98%, т. пл. 172-172,5 °С и [a]D + 59,3° (в этаноле) (литературные данные: 172-173 °С, [a]D + 76° (в этаноле) [9]). Изопимаровую кислоту (II) выделяли из кедровой живицы путем перекристаллизации ее пипе-
* Автор, с которым следует вести переписку.
ридиновой соли из этанола [10]. В синтезе использовали II с содержанием основного вещества 98,8%, т. пл. 163-164°С и [a]D 0° (в этаноле) (литературные данные: 162-163 °С, [a]D 0° (в этаноле) [9]).
Абиетиновую кислоту (III) получали по методике [11] с содержанием основного вещества 97,5%, т. пл. 170-171 °С и [a]D - 70° (в этаноле) (литературные данные: 173-174 °С, [a]D - 70° (в этаноле) [9]).
Анализ выбранных смоляных кислот методом ГЖХ проводили в виде их метиловых эфиров по методике [12, 13] на приборе Chrom 5 с пламенно-ионизационным детектором на капиллярной колонке длиной 30 м, заполненной метилсиликоновым эластомером SE-30. Для количественного определения компонентов использовали метод внутреннего стандарта; стандарт - метиловый эфир маргариновой кислоты. Относительная погрешность единичного анализа составляет ± 2%. Индивидуальные соединения и компоненты в смеси идентифицировали путем добавок веществ установленного строения и корреляцией относительных времен удерживания.
Анализ амидов смоляных кислот методом ГЖХ проводили на хроматографе Кристалл-4000 с пламенноионизационным детектором на капиллярной колонке длиной 30 м, заполненной метилсиликоновым эластомером SE-30. В качестве внутреннего стандарта использовали амид бегеновой кислоты. Чистота препарата 96,2% установлена методом внутренней нормализации. Относительная погрешность ± 4,2%.
Содержание основного вещества в хлорангидридах и изоцианатах определяли титриметрическим методом [14, с. 241; 15, с. 528]. Тонкослойную хроматографию проводили на пластинках Silufol UV 254 (Чехия). Вещества проявляли в парах йода. Количественное определение содержания азота в веществах проводили по Кьельдалю [16, с. 191]. Температуру плавления кристаллических соединений определяли капиллярным методом [17, с. 638] на приборе типа ПТП. Величину угла вращения плоскости поляризации измеряли на поляриметре марки СМ-3 в кювете длиной 5 см, концентрация исследуемых растворов 1%.
ИК-спектры синтезированных соединений записаны на спектрофотометре Perkin Elmer 1310 (кюветы NaCl с толщиной слоя 1,05 мм, в CCl4).
Спектры :Н-ЯМР и 13С-ЯМР регистрировали на спектрометре «Bruker DPX-200» (с частотами 200 МГ ц и 50 МГц соответственно) в дейтерохлороформе. Результаты анализа приведены в таблице.
Молекулярную массу, а также элементный состав определяли масс-спектрометрическим методом на приборе Finnigan МАТ-8200. Температура источника ионов 173 °С, скорость сканирования 1,2 скан/сек в области масс 30-350 а.е.м.
Синтез хлорангидрида дегидроабиетиновой кислоты (IV). К раствору 3,1 г (0,023 моль) трихлорида фосфора в 40 мл трихлорэтилена в трехгорлой колбе (250 мл), снабженной обратным холодильником, мешалкой, термометром при непрерывном перемешивании постепенно присыпали 10 г I (0,033 моль). Затем реакционную смесь нагревали в течение 2,5 ч при температуре 60 °С. Содержимое колбы охлаждали, раствор фильтровали от фосфористой кислоты, образующейся во время реакции, а растворитель отгоняли при пониженном давлении (0,08 МПа). В полученном вязком желтом остатке (9,8 г, выход продукта 92,5%) титриметрическим методом определили массовую долю хлорангидрида IV (97,9%). В ИК-спектре IV присутствует полоса поглощения при 1790 см-1 (валентные колебания C=O) [18].
Действием избытка 26%-ного раствора аммиака IV переводили в амид дегидроабиетиновой кислоты (V). Для этого к 86 г (1,31 моль) аммиака при сильном перемешивании приливали по каплям раствор IV (9,5 г, 0,03 моль) в серном эфире и перемешивали в течение часа при комнатной температуре. Реакционную смесь фильтровали, осадок промывали водой до нейтральной реакции. Целевой продукт очищали перекристаллизацией из этанола. Получен амид V (8 г, выход продукта 90%) с т. пл. 172 °С и [a]D20 + 41,4° (в этаноле). Амид V растворим в горячем спирте, ацетоне, толуоле, не растворим в воде и гексане. Массовая доля азота в V составила 4,40% (рассчитано для C20H29NO: 4,68%). В ИК-спектре появляются полосы поглощения, характерные для простых первичных амидов. Полосы при 3500 и 3415 см-1 отнесены к валентным, а при 1650 см-1 - к деформационным колебаниям группы NH. Полоса при 1685 см-1 отнесена к валентным колебаниям группы С=О [18].
Синтез дегидроабиетилизоцианата (VI). В трехгорлую колбу (250 мл), снабженную обратным холодильником, мешалкой, термометром и охлаждаемую ледяной баней, помещали 27,7 г (0,05 моль) 10%-ного водного раствора гидроксида калия, при перемешивании к нему добавляли 2,65 г (0,017 моль) брома. Затем порциями добавляли V (4,3 г, 0,014 моль) и приливали смесь 40 мл гексана и 5 мл серного эфира. Реакционную смесь перемешивали еще в течение 20 мин при температуре 5-10 °С. Отделяли органический слой, сушили безводным сульфатом натрия, растворители отгоняли при пониженном давлении (0,08 МПа). Остаток (3 г, выход 70%) очищали хроматографией на силикагеле зернением 200-250 мк. В качестве элюента
применяли гексан. Выделено вязкое маслообразное вещество с интенсивной полосой поглощения в ИК-спектре 2240 см-1 (асимметричные валентные колебания группы N=0=0 [18]). Изоцианат VI хорошо растворим в толуоле, гексане, четыреххлористом углероде, диэтиловом эфире, диоксане, не растворим в воде. Выход VI с массовой долей основного вещества 98% составил 2,2 г (51,5%). Массовая доля азота - 4,47% (рассчитано для С20Н2^О: 4,71%). Молекулярная масса (297,208 а.е.м.) и элементный состав VI определены масс-спектрометрическим методом по молекулярному иону и соответствуют эмпирической формуле ^^^N0. Спектры 1Н- и 13С-ЯМР VI и исходной кислоты I приведены в таблице.
Синтез нордегидроабиетиламина (VII). В колбе с обратным холодильником изоцианат VI (5 г, 0,017 моль) и 7 г (0,07 моль) концентрированной соляной кислоты кипятили в течение часа. Затем смесь охлаждали до температуры 15 °С и декантировали водный слой. Выпавшие кристаллы хлоргидрата амина промывали серным эфиром и перекристаллизовывали из горячей воды. Амин VII регенерировали водной щелочью и экстрагировали диэтиловым эфиром, сушили безводным сульфатом натрия, эфир упаривали. Амин VII (1 г; выход 22%) - светло-желтое вязкое вещество. Содержание азота в нем составляет 5,09% (рассчитано для С^Н^ - 5,16%). Доля основного вещества (98,8%) определена титрованием 0,1 н соляной кислотой навески VII в ацетоне. Спектры :Н- и 13С-ЯМР VII приведены в таблице.
Синтез хлорангидрида изопимаровой кислоты (VIII). К раствору 0,79 г (0,006 моль) трихлорида фосфора в 30 мл трихлорэтилена постепенно добавляли 2 г (0,007 моль) II. После этого реакционную смесь перемешивали 2,5 ч при температуре 60 °С. Раствор фильтровали, отгоняли трихлорэтилен при пониженном давлении (0,08 МПа). Вязкий маслообразный остаток желтого цвета (2 г, выход продукта 94,3%) перекристаллизовывали из гексана. Получили кристаллы VIII с т. пл. 48-48,5 °С. В ИК-спектре полоса поглощения 1790 см-1 отнесена к валентным колебаниям группы С=0 [18].
Действием избытка 25%-ного водного раствора аммиака (13,6 г, 2,28 моль) на 1,5 г (0,005 моль) VIII в серном эфире получили 1,2 г амида изопимаровой кислоты (IX). Целевой продукт выделяли адсорбционной хроматографией на колонке, заполненной силикагелем с зернением 200-250 мк. В качестве элюента использовали смесь растворителей: гексан - серный эфир - этилацетат. Выделенные кристаллы IX (0,7 г, выход 50%) с содержанием основного вещества 97% имели т. пл. 178,5-179,0 °С, 0,38 и [а]с + 1° (в эта-
ноле), литературные данные: [а]с 0° (в этаноле) [11]. В ИК-спектре полосы поглощения 3500 и 3415 см-1 отнесены к валентным, 1650 см-1 - к деформационным колебаниям группы NH, а полоса 1685 см-1 - к валентным колебаниям группы С=О [18]. Молекулярная масса определена по молекулярному иону (301,24055 а.е.м.), а элементный состав соответствуют эмпирической формуле С20Н3^0.
Синтез изопимарилизоцианата (Х). В колбу помещали 3,88 г (0,007 моль) 10%-ного водного раствора гидроксида калия, 0,37 г (0,002 моль) брома, 0,6 г (0,003 моль) IX и смесь растворителей: 10 мл гексана и 1 мл серного эфира. Синтез проводили при охлаждении (5-10 °С) в течение 20 мин. Получено 0,4 г продукта, после очистки которого на силикагеле выделено 0,3 г X (выход 34%) с содержанием основного вещества 90%. Х представляет собой желеобразное студенистое вещество, хорошо растворимое в толуоле, гексане, четыреххлористом углероде, диэтиловом эфире, диоксане, не растворимое в воде. В ИК-спектре полоса поглощения при 2240 см -1 отнесена к асимметричным валентным колебаниям группы N=0=0. Молекулярная масса определена по молекулярному иону (299,2249 а.е.м.), а элементный состав соответствуют эмпирической формуле С20Н29NO. Спектры :Н- и 13С-ЯМР Х и исходной кислоты II приведены в таблице.
Синтез хлорангидрида абиетиновой кислоты (Х!). В реактор помещали 3,9 г (0,029 моль) трихлорида фосфора в 40 мл трихлорэтилена, добавляли 10 г (0,026 моль) пиперидиновой соли кислоты III. Содержимое реактора перемешивали при температуре 50 °С в течение 2,5 ч. Реакционную смесь фильтровали и отгоняли растворитель при пониженном давлении (0,08 МПа). Выделен XI (7 г, выход продукта 84,6%) в виде вязкого маслообразного вещества красно-коричневого цвета. В ИК-спектре XI полоса 1790 см-1 отнесена к валентным колебаниям группы С=0 [18].
Амид абиетиновой кислоты (XII) получен действием 63,3 г (0,97 моль) 26%-ного водного раствора аммиака на раствор 7 г (0,022 моль) XI в серном эфире. Выход составил 5,8 г (88%). XII очищали на силикагеле аналогично IX. Выделен XII (1,3 г, выход 19,7%) с массовой долей основного вещества 74,3%, т. пл. 156-156,5 °С (литературные данные: 168-169 °С [25]), Яг =0,38 и [а]с - 63,3° (в этаноле), литературные данные: [а]с - 32,2° (в ацетоне) [25], +62° (в СС14) [14]. В ИК-спектре полосы поглощения 3500 и 3415 см-1 отнесены к валентным, а 1650 см-1 - к деформационным колебаниям группы МН, полоса 1685 см-1- к валентным колебаниям группы С=О [18].
Спектры ЯМР дитерпеновых кислот и их синтезированных производных (CDQ3, 5, м.д.)
Соединение Спектр 13С ЯМР Спектр *Н ЯМР
I 185.6 (C-18), 146.7 (C-9), 145.7 (C-13), 134.7 (C-8), 126.9 (C-14), 124.1 (C-11), 123.9 (C-12), 47.4 (C-4), 44.5 (C-5), 37.9 (C-1), 36.8 (C-10), 36.7 (C-3), 33.4 (C-15), 30.0 (C-7), 25.1 (C-20), 24.0 (C-16, C-17), 21.8 (C-6), 18.5 (C-2), 16.2 (C-19) [31]. 6.85 (1Н, Н-11, Н-12, Н-14), 1.30 (3Н, Н-19), 1.23 (3Н, Н-17), 1.20 (3Н, Н-20), 1.13 (3Н, Н-16) [32, с. 173].
VI 146.0 (C-9), 145..9 (C-13), 134.5 (C-8), 127.0 (C-14), 124.3 (C-11), 124.1 (C-12), 122.2 (C-18), 62.2 (C-4), 51.5 (C-5), 42.8 (C-3), 38.1 (C-10), 37.7 (C-1), 33.5 (C-15), 30.1 (C-7), 24.8 (C-20), 24.0 (C-16, C-17), 23.6 (C-19), 19.8 (C-6), 19.5 (C-2). 7.15 (д, 1Н, J 8.3 Гц, Н-11), 7.00 (д.д, 1Н, J 8.3 Гц, J 1.5 Гц, Н-12), 6,91 (м, 1Н, Н-14), 1.36 (с, 3Н, Н-19), 1.22 (д, 6Н, J 7.0 Гц, Н-16, Н-17), 1.15 (с, 3Н, Н-20).
VII 146.6 (C-9), 145.7 (C-13), 134.7 (C-8), 127.0 (C-14), 124.5 (C-11), 124.0 (C-12), 52.9 (C-4), 52.4 (C-5), 42.5 (C-3), 38.2 (C-1), 38.1 (C-10), 33.5 (C-15), 30.5 (C-7), 24.8 (C-19), 24.1 (C-16, C-17), 22.4 (C-18), 20.0 (C-6), 18.4 (C-2). 7.16 (д, 1Н, J 8.0 Гц, Н-11), 6.99 (д.д, 1Н, J 8.0 Гц, J 1.5 Гц, Н-12), 6,89 (м, 1Н, Н-14), 2.95 (уш. с, 2Н, NH2), 1.22 (д, 6Н, J 6.8 Гц, Н-16, Н-17), 1.17 и 1.15 (оба с, по 3Н, Н-19 и Н-20).
II 185.7 (C-18), 150.4 (C-15), 135.8 (C-8), 121.1 (C-7), 109.4 (C-16), 52.1 (C-9), 46.5 (C-4), 46.2 (C-14), 45.1 (C-5), 38.9 (C-1), 37.1 (C-3), 37.0 (C-10), 36.2 (C-12), 35.1 (C-13), 25.3 (C-6), 21.6 (С-17), 20.2 (C-11), 18.1 (C-2), 17.2 (C-19), 15.4 (C-20). 5.8 (д.д, 1Н, J 17.6, J 10.8 Гц, Н-15), 5.32 (м, 1Н, Н-7), 4.84 - 4.97 (м, 2Н, Н-16), 1.27 (с, 3Н, Н-19), 0.91 (с, 3Н, Н-17), 0.86 (с, 3Н, Н-20).
X 150.2 (C-15), 135.7 (C-8), 122.0 (C-18), 120.7 (C-7), 109.4 (C-16), 61.5 (C-4), 51.9 (C-9), 51.7 (C-5), 46.0 (C-14), 43.1 (C-3), 38.7 (C-1), 36.8 (C-10), 36.2 (C-13), 36.0 (C-12), 24.3 (C-19), 23.5 (C-6), 21.5 (С-17), 20.3 (C-11), 19.4 (C-2), 14.8 (C-20). 5.81 (д.д, 1Н, J 17.6, J 10.8 Гц, Н-15), 5.39, 5.38 (м, 1Н, Н-7), 4.84 - 4.98 (м, 2Н, Н-16), 1.36 (с, 3Н, Н-19), 0.87 (с, 3Н, Н-17), 0.84 (с, 3Н, Н-20).
III 185.7 (C-18), 145.3 (C-13), 135.7 (C-8), 122.5 (C-14), 120.6 (C-7), 51.0 (C-9), 46.5 (C-4), 45.0 (C-5), 38.4 (C-1), 37.3 (C-3), 35.0 (C-15), 34.6 (C-10), 27.6 (C-12), 25.7 (C-6), 22.6 (C-11), 21.5 (C-16), 21.0 (С-17), 18.2 (C-2), 16.8 (C-19), 14.2 (C-20). 5.77 (с, 1Н, Н-14), 5.37 (м, 1Н, Н-7), 1.25 (с, 3Н, Н-19), 1.01 и 1.00 (оба д, по 3Н, J 6.8 Гц, Н-16, Н-17), 0.83 (с, 3Н, Н-20).
XIII 145.6 (C-13), 135.6 (C-8), 122.4 (C-14, C-18), 120.3 (C-7), 61.6 (C-4), 51.6 (C-9), 50.9 (C-5), 43.5 (C-1), 38.3 (C-3), 35.0 (C-15), 35.9 (C-10), 27.5 (C-12), 24.2 (C-6), 24.0 (C-19), 22.9 (C-11), 21.5 (C-16), 21.0 (С-17), 19.5 (C-2), 13.7 (C-20). 5.79 (с, 1Н, Н-14), 5.43 (д.д, 1Н, J 5.0, J 2.5 Гц, Н-7), 1.39 (с, 3Н, Н-19), 1.017 и 1.009 (оба д, по 3Н, J 6.8 Гц, Н-16, Н-17), 0.77 (с, 3Н, Н-20).
Синтез абиетилизоцианата (ХШ). В колбу помещали 6,4 г (0,011 моль) 10%-ного водного раствора гидроксида калия, 0,62 г (0,004 моль) брома, 1 г (0,003 моль) XII и органические растворители: 10 мл гексана и 1 мл серного эфира. Реакционную смесь сильно перемешивали 20 мин при температуре 5-10 °С. Органический слой отделяли, сушили безводным сульфатом натрия, растворители отгоняли при пониженном давлении. Остаток (0,6 г, выход 60%) элюировали гексаном на колонке, заполненной силикагелем с зернением 200-250 мк. Выделен XIII (0,3 г, выход 30%) в виде вязкого маслообразного вещества, хорошо растворимого в толуоле, гексане, четыреххлористом углероде, диэтиловом эфире, диоксане, не растворимого в воде. Массовая доля основного вещества 95%. Молекулярная масса определена по молекулярному иону (299,446 а.е.м.), элементный состав которого согласно масс-спектрометрическим данным соответствует формуле C20H29NO. В ИК-спектре полоса 2240 см -1 отнесена к асимметричным валентным колебаниям группы N=C=O. Спектры :Н- и 13С- ЯМР ХШ и исходной кислоты III приведены в таблице.
Обсуждение результатов
Синтез изоцианатов по схеме: кислота ^ хлорангидрид ^ амид осуществлен на примере дитерпеновых кислот I, II, III. В качестве галоидирующего агента на стадии синтеза хлорангидридов кислот использовали трихлорид фосфора, поскольку хлористый тионил и пентахлорид фосфора приводят к образованию побочных продуктов сульфирования и изомеризации. Ранее установлено, что IV образуется с количественным выходом при действии на I всеми общепринятыми галоидирующими агентами [19]. Вследствие изомеризации в кислой среде при синтезе хлорангидридов изопимаровой и абиетиновой кислот образуется смесь продуктов.
Аммонолизом хлорангидриды IV, VIII и XI переведены в соответствующие амиды V, IX и XII с выходом основного вещества 97, 19, 62% соответственно. Амид IX был дополнительно очищен адсорбционной хроматографией на колонке смесью растворителей: гексан -г- серный эфир -г- этилацетат. Путем постепенного увеличения концентрации этилацетата в элюенте отделяли от амида IX примеси с ^ 0,38 (в этилацетате). Идентификацию отделенных таким образом примесей не проводили. Вероятно, основным изомером, как мы полагаем, является амид Д89-изопимаровой кислоты, описанной в работе [20]. Разделить амиды изомеров абиетиновой кислоты не удалось. На хроматограмме выделенной фракции с 0,38 (в этилацетате) присутствуют два сигнала, один из которых по времени удерживания соответствует амиду XII, другой не идентифицирован. Очистку вещества осуществляли на стадии получения абиетилизоцианата.
Традиционно изоцианатную группу вводят в молекулу путем фосгенирования аминов или нитрилов. Так синтезируют многие ароматические, алифатические и аралкильные изоцианаты в производстве полиуретанов [21]. Для изоцианатов дитерпеновых кислот этот способ оказался малоперспективным, поскольку функциональная группа дитерпеновых кислот экранирована трициклическим лигандом и реакции по ней протекают в жестких условиях [22]. Так, получение нитрилов по реакции дитерпеновых кислот с аммиаком необходимо проводить при температуре 220-340°С в присутствии катализаторов [23], что в этих условиях связано с протеканием побочных реакций изомеризации и декарбоксилирования этих кислот [22].
Хорошо известно также, что изоцианаты можно получить нагреванием или фотолизом азидов карбоновых кислот (перегруппировка Курциуса). Так, из азида дигидропимаровой кислоты получен бесцветный маслообразный дигидропимарилизоцианат с т. кип. 130-140 °С (10-4 мм рт. ст.) [24]. Кроме того, известно, что при термической обработке и фотолизе гексагидроподокарповой кислоты синтезирован соответствующий изоцианат в виде светло-желтого масла. Очистку проводили методом адсорбционной хроматографии с последующей возгонкой при температуре 90 °С (10-4 мм рт. ст.). Полученные бесцветные кристаллы имели т. пл. 64-66 °С и [а]с +36° (С = 1,07% в этаноле) [24]. Изоцианат О-метилподокарповой кислоты был в виде бесцветного медленно кристаллизующегося масла, при возгонке которого при температуре 80 °С (10-3 мм рт. ст.) выделены бесцветные кристаллы с [а]с +89 ° (С=1,32% в этаноле) и т. пл. 62 °С [24].
Взаимодействие низкомолекулярных амидов карбоновых кислот с гипогалоидом (перегруппировка Гофмана) завершается образованием аминов [25]. Однако в случае использования пространственно затрудненных амидов карбоновых кислот таким путем могут быть получены и третичные алкилизоцианаты. Авторами [26] осуществлен синтез алифатических изоцианатов из амидов соответствующих кислот. Выход продукта в условиях данной реакции существенно зависит от строения радикала: третичный > вторичный > первичный циклоалкилизоцианат. При этом отмечается, что образуются также алкилацилмочевина (Я-СО-ЫН-СО-ЫН-К) и дизамещенная мочевина (ЯКН-СО-ЫНЯ). Учитывая сильное экранирование функциональной группы производных дитерпеновых кислот, представляется целесообразным для получения изоцианатов остановиться именно на этом пути синтеза. Так, обработкой соответствующих амидов водным щелочным раствором гипобромита калия синтезированы: тетрагидроабиетилизоцианат с т. кип. 199-202 °С и т. пл. 59-61 °С (из 50% этанола) [6], левопимарилизоцианат в виде светло-желтой подвижной маслообразной жидкости [а]25Б-220 ° (С=2% в этаноле) [7] и пимарилизоцианат с т. пл. 76 °С [29]. Аналогичным путем нами синтезированы изоцианаты дитерпеновых кислот (VI, X и XIII):
Что касается VI, то в литературе отмечается [30], что он был синтезирован ранее из I под действием трифторуксусной кислоты, трифторуксусного ангидрида и азида натрия с выходом 27% в виде вязкого желтого масла с сильным инфракрасным поглощением в области 2245 см-1 (колебания Ы=С=О). Также VI получен путем кипячения I с дифенилфосфоразидатом и триэтиламином в диоксане с выходом 90% и на-
зван 18-нордегидроабиетилизоцианатом [1]. Абиетилизоцианат (XIII) и изопимарилизоцианат (X) синтезированы и идентифицированы нами впервые. 1Н-ЯМР-спектры синтезировании изоцианатов и соответ-ствующиx им кислот практически идентичны, различия наблюдаются в 13С-ЯМP-спектpax (см. таблицу). Влияние заместителя особенно сильно сказывается на xимическом сдвиге углерода С-4. Благодаря влиянию группы N=C=O в изоциaнaтax наблюдается смещение xимического сдвига С-4 в сторону слабого поля от соответствующей кислоты, и составляет 14,В м.д. в случае VI, 15,0 в случае Х и 15,1 м.д. - для XIII. Влияние заместителя отражается также на величине xимическиx сдвигов атомов С-3, С-5 и С-19, расположенный через две ст-связи от атома азота. В спектpax С13-ЯМР xимические сдвиги изоцианатныи групп С-18 смещены в область сильного поля относительно сигналов карбоксильный групп в кислотax. Химические сдвиги дpугиx атомов углерода в изоциaнaтax (VI, X и XIII) по сравнению с соответствующими им кислотами (I, II и III) мало отличаются друг от друга (см. таблицу).
Известно также, что xлоpгидpaт амина нортетрагидроабиетиновой кислоты образуется при взаимодействии тетрагидроабиетилизоцианата с соляной кислотой [7]. Аналогичным способом нами был получен xлоpгидpaт амина нордегидроабиетиновой кислоты, а его регенерацией водной щелочью - нордегидроа-биетиламин (VII). Он же ранее был синтезирован гидролизом метилкарбамата, полученного из амида де-гидроабиетиновой кислоты с использованием метанола и брома [30]. В спектре С13-ЯМР соединения VII углеродный пиков (и, соответственно, различающжся xимически атомов углерода) на один меньше, чем в изоцианате, из которого оно получено. Бета-эффект группы NH2 в VII составляет 6,4 м.д. и смещен в сторону слабого поля от кислоты I.
Таким образом, на основании спектральный данный предложена структура впервые синтезировании абиетилизоцианата (XIII) и изопимарилизоцианата (Х), а также подтверждена структура дегидроабиетили-зоцианата (VI) и нордегидроабиетиламина (VII).
Выводы
1. Предложены синтезы дегидроабиетил-, абиетил- и изопимарилизоцианата действием на соответствующие амиды дитерпеновык кислот бромом путем перегруппировки Гофмана с массовой долей основного вещества 9В, 95, 90% соответственно. Два последнт синтезированы и идентифицированы впервые. Структура ж подтверждена методами ИК-, ЯМР- и масс-спектрометрии.
2. Синтезирован и идентифицирован амин нордегидроабиетиновой кислоты с массовой долей основного вещества около 99% путем кислотного гидролиза дегидроабиетилизоцианата через стадию образования xлоpгидpaтa нордегидроабиетиламина.
Список литературы
1. Wada Hiroshi, Kodato, Shinichi, Kawamori Masatoshi, Morikawa Tamio, Nakai Hideo, Takeda Mikio, Saito Seiichi, Onoda Yuichi, Tamaki Hajime Antiulcer activity of dehydroabietic acid derivatives // Chem. and Pharm. Bull. 1985. V. 33. №4. P. 1472-1487.
2. Fujita Yukio, Yoshikuni Yoshiaki, Sotomatsu Tomoko, Mori Tamiki, Ozaki Takayuki. Новые гипоxолестеpолеми-ческие производные абиетамида II. Синтез и гипоxолестеpолемическaя активность N-фенил-Д8-дигидроабиетамидов // Chem. and Pharm. Bull. 1991. V. 39. №5. P. 1193-1198.
3. Патент №161182 Япония. Средство для борьбы с болезнями риса. 1988. №61.
4. Патент №3007682.5-41 ФРГ. Средство для защиты древесины с фунгицидным действием / Poppen Heinrich.
1981.
5. Патент №2491580 USA. Organic isocyanates and method for their preparation / Stearns T. Putnam. 1949.
6. Белов В.Н., Кустова С.Д. Исследование некоторый превращений абиетиновой кислоты // Журнал органической xимии. 1954. Т. 28. Вып. 24. С. 1087-1094.
7. Lloyd W.D., Hedrick U.W. Levopimaramide and the Hofmann reaction // J. Org. Chem. 1963. V. 28. №4. P. 1156-1157.
8. Halbrook N.J., Lawrence R.V. The isolation of Dehydroabietic Acid from Disproportionated Rosin // J. Org. Chem.
1966. V. 31. P. 4246-4247.
9. Бардышев И.И. Ангидриды дитеpпеновыx кислот ряда абиетана, пимарана и изопимарана // Журнал органической xимии. 1999. Т. 35. Вып. 1. С. 48-63.
10. Бардышев И.И., Падерин В.Я. Выделение изопимаровой кислоты из бальзама Pinus Cembra и о свойствax некоторым ее производным // Изв. АН БССР. Сер. xим. науки. 1972. №1. С. 110-111.
11. Harris G.C., Sanderson T.E. Resin Acids. I. An Improved Method of Isolation of Resin Acids; The Isolation of New Abietic-Type Acid // J. Am. Chem. Soc. 1948. V. 70. P. 334-339.
12. Косюкова Л.В., Дунаев В.С. Метод определения жирных и смоляных кислот в природных смолах, талловом масле и продуктах их переработки // Химия древесины. 1983. № 4. С. 101-105.
13. Косюкова Л.В., Дунаев В.С. Индексы удерживания дитерпеновых соединений, выделенных из живиц хвойных пород деревьев // Журнал аналитической химии. 1989. №9. С. 1622-1624.
14. Денеш И. Титрование в неводных средах: Пер. с англ. М., 1971. 414 с.
15. Сиггиа С., Ханна Дж. Г. Количественный органический анализ по функциональным группам. М., 1983. 672 с.
16. Крешков А.П. Основы аналитической химии. 4-е изд., перераб. М., 1976. Т. 2. 480 с.
17. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ. 9-е изд., перераб. и доп. М., 1969. 720 с.
18. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. М., 1965. 216 с.
19. Кушнир С.Р., Борисова Н.В., Радбиль А.Б., Шмидт Э.Н., Иосилевич И.Н., Радбиль Б.А. Синтез хлорангидрида дегидроабиетиновой кислоты // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. Вып. 11. С. 1845-1847.
20. Edwards O.E., Howe R. The stereochemistry of the pimaric acids // Canad. J. Chem. 1959. V. 37. P. 760-774.
21. Дергунов Ю.И., Котлярский В.М. // Пластические массы. 1990. № 8. С. 42-45.
22. Зандерманн В. Природные смолы, скипидары, талловое масло. М., 1964. 576 с.
23. Hoffmilster D. Berger K. Plaste und Kautschuk. 1964. V. 11. №1. P. 60-63.
24. ApSimon J.W., Edwards O.E. A new photochemical reaction: the structure and absolute stereochemistry of atisine // Canad. J. Chem. 1962. V. 40. №5. P. 896-902.
25. Уэллис Э.С., Лэн Дж.Ф. Реакция Гофмана // Органические реакции. М., 1951. Т. 3. С. 255-292.
26. Sy Anita O., Raksis Joseph W. Synthesis of aliphatic isocyanates via a two-phase Hofmann reaction // Tetrahedron Lett. 1980. Т. 21. №23. Р. 2223-2226.
27. Кушнир С.Р., Борисова Н.Б., Радбиль А.Б., Шмидт Э.Н., Додонов В.А., Радбиль Б.А. Синтез пимарил-1-
изоцианата // Вестник Нижегородского Университета. Сер. хим. 2004. Вып. 4 (1). С. 28-32.
28. Stockel R.F. The preparation of dehydroabietane-1-amine // Canad. J. Chem. 1963. V. 41. №4. P. 834-837.
29. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. http://www.aistgo.jp/RIODB/SDBS/
30. Атлас спектров природных соединений и их аналогов. ИК-, УФ- и ПМР-спектры терпеновых соединений. Новосибирск, 1978. 216 с.
Поступило в редакцию 28 апреля 2005 г.
