CC BY
41
УДК 547.46'052
П. А. Гуревич, М. Ю. Беликов, И. В. Липовская,
С. В. Федосеев, О. В. Ершов, О. Е. Насакин
ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ 4-ОКСОАЛКАН-1,1,2,2-ТЕТРАКАРБОНИТРИЛОВ НА ГЛУБИНУ
ИХ ПРЕВРАЩЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫЕ 3,3-ДШАМЕЩЕННЫЕ 3Я-ПИРРОЛЫ
Ключевые слова: ЗН-пирролы, 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы, в-цианогруппы, у-цианогруппы.
Исследовано влияние строения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрила на направление их взаимодействия с вторичными аминами, в результате чего разработаны новые методы синтеза различных 3,3-дизамещенных производных ЗН-пиррола.
Keywords: 3H-pyrroles, 4-оxoalkane-1,1,2,2-tetracarbonitriles, fi-cyano groups, y-cyano groups.
The influence of the structure of 4-oxoalkan-1,1,2,2-tetrakarbonitrila the direction their interaction with secondary amines, as the result developed new methods for the synthesis of various 3,3-substituted 3H-pyrroles.
Химия гетероциклических соединений является бурно развивающейся областью исследования органической химии и смежных дисциплин, что связано с широким использованием гетероциклов в различных областях. Даже на современном этапе развития в химии гетероциклов имеются малоизученные вопросы. Одним из таких вопросов является исследование способов синтеза и химических свойств 3Н-пирролов - изомеров намного более распространенных 1Н-пирролов. Соединения ряда 3Н-пиррола примечательны тем, что в их структуре имеется циклический азадиеновый фрагмент, из чего следует, что они являются азотистыми аналогами всесторонне изученного высокореакционноспособного
циклопентадиена. Несмотря на простоту строения 3Н-пирролов, данные соединения обладают потенциально богатой химией, а для некоторых представителей показана антимикробная и противоопухолевая активность [1,2]. Как нами было выяснено ранее, перспективными исходными соединениями для синтеза 3,3-дизамещенных 3Н-пирролов являются 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы в реакциях с ^нуклеофилами [3,4]. Отметим, что в настоящее время нами активно изучаются превращения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов под действием N и других нуклеофилов [5]. Результатом данных процессов может быть образование производных пиридина [69], пиррола [10], солей органических анионов [11,12], бициклических структур [13]. Возможность синтеза разнообразных производных из полиэлектрофильных 4-оксоалкан-1,1,2,2-
тетракарбонитрилов и нуклеофилов обусловлена осуществлением направленного задействования тех или иных функциональных групп путем изменения условий процессов.
Нами проведено исследование влияния строения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов на ход взаимодействия с аминами с целью синтеза новых полифункциональных 3Н-пирролов. Обнаружено, что на глубину превращения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов под
действием вторичных аминов оказывают влияние заместители в а-положении к карбонильной группе и тетрацианоэтильному фрагменту. Так показано,
что тетрацианоэтилированный ацетофенон 1а,
содержащий метиленовое звено при СО-группе, под
действием вторичных аминов в этилацетате при
пониженной температуре превращается в 5-амино-3-
(2-оксо-2-фенилэтил)-3Я-пиррол-3,4-
дикарбонитрилы 2а,б.
РИ^О РИ. ».О
ЫН
-н—
2а,б
Х=0 (2а); Х=в (26)
При использовании в реакциях с вторичными аминами тетрацианоэтилированного пропиофенона 1б, содержащего при карбонильной группе СНОТ3-фрагмент, в аналогичных для синтеза веществ 2а,б условиях осуществляется более глубокое превращение с задействованием карбонильной группы и образованием 8-амино-1-имино-2-окса-7-азаспиро[4.4]нона-3,6,8-триен-9-карбонитрилов За,б.
О
Х=0 (За); Х=Б (36)
Структура и состав соединений 2а,б и 3а,б доказана методами ИК, ЯМР 1Н спектроскопии, масс-спектрометрии и данными элементного анализа.
В ИК спектрах соединений имеются полосы при 3125-3347 см-1, отнесенные к колебаниям амино- и иминогрупп, интенсивные полосы сопряженных цианогрупп при 2167-2182 см-1, а также полосы несопряженных CN-групп при 22302232 см-1 (для 2а,б). В ЯМР 1Н спектрах соединений 2а,б и 3а,б присутствуют сигналы протонов КИ2-групп при 7.15-7.27 м.д., протонов фенильных заместителей при 7.42-8.01 м.д. Примечательно, что в соединениях 2а,б имеются диастереотопные атомы водорода метиленовых звеньев при СО-группе, проявляющиеся в виде характерных двух дублетов с
КССВ = 17.8 Гц. Сигналы протонов иминогрупп для 3а,б проявляются в области 8.95-9.23 м.д. Отметим, что в отличие от ЯМР 1Н спектров соединения 2а,б, для спиранов 3а,б сигналы протонов дублируются, что связано с наличием смеси Е- и 2-изомеров по N незамещенной иминогруппе. В масс-спектрах соединений присутствуют пики молекулярных ионов с интенсивностью 20-43% (для 2а,б), 74-93%
(для 2а,б) и соответствующие серии распадов.
Исходные соединения 1а,б содержат в своей структуре два типа цианогрупп, различающихся функциональным окружением и реакционной способностью: р-цианогруппы при четвертичном атоме углерода и у-цианогруппы при СН-кислотном центре. Как видно из строения полученных соединений 2а,б и 3а,б, амин присоединяется по Р-цианогруппам вместо альтернативного
присоединения по у-цианогруппам. Данный факт мы связываем с дезактивацией у-СМ-групп для нуклеофильных атак, что обусловлено
промежуточным образованием солей
тетрацианоалканонов по СН-кислотному центру на начальных стадиях взаимодействия 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с основными реагентами [4,11,14].
Таким образом показано, что путем варьирования строения тетрацианоэтилированных кетонов в реакциях с вторичными аминами могут быть синтезированы различные производные 3Н-пиррола, строение которых различается
функциональным обрамлением при С3-атоме 3Н-пиррольного цикла.
Экспериментальная часть Контроль протекания реакций и чистоты синтезированных веществ осуществляли методом ТСХ на пластинах 81ШЫ иУ-254 (проявление с помощью УФ облучения, парами иода, термическим разложением). ИК спектры снимали в тонком слое (суспензия в вазелиновом масле) на ИК Фурье-спектрометре ФСМ-1202. Спектры ЯМР 1Н регистрировали на спектрометре Вгикег БИХ-500, рабочая частота 500.13 МГц, растворитель - ДМСО-d6, внутренний стандарт - ТМС. Элементный анализ проводили на приборе £аЬога1огпі Рпєіщіе, Масс-спектры снимали на приборе Ріп^ап МАТ ШС08-50 (энергия ионизирующих электронов 70 эВ).
5-Амино-2-морфолин-4-ил-3-(2-оксо-2-фенилэтил)-3Д-пиррол-3,4-дикарбонитрил (2а)
Получено по методике [4]. Физико-химические характеристики идентичны [4].
5-Амино-3-(2-оксо-2-фенилэтил)-2-тиоморфолин-4-ил-3Д-пиррол-3,4-дикарбонитрил (2б). К раствору 0.124 г (0.5 ммоль) 4-оксо-4-фенилбутан-1,1,2,2-тетракарбонитрила 1а в 3 мл абсолютного этилацетата при интенсивном перемешивании и температуре -10 - -15 °С
добавляли 0.103 г (1 ммоль) тиоморфолина. При этом наблюдалось образование желтоватого раствора. Реакционную массу оставляли закрытой при -10 - -15°С. Выделившийся через 3-4 дня осадок отфильтровывали, промывали на фильтре охлажденным этилацетатом. Сушили на воздухе.
Выход 0.112 г (64%), т.пл. 219-220°С (разл.). ИК спектр, v, см-1: 3188-3317 (NH2), 2230, 2179 (C=N), 1694 (C=O). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д. (J, Гц): 2.632.76 м (4H, CH2SCH2), 3.62-3.80 м (4H, CH2NCH2), 3.92 д (1Н, CH2, J 17.8), 4.05 д (1Н, CH2, J 17.8), 7.27 с (2H, NH2), 7.54-7.57 м (2Н, Ar), 7.67-7.70 м (1Н, Ar), 7.99-8.01 м (2Н, Ar). Масс-спектр, m/z (/отн, %): 351 [20%, М+]. Найдено. %: C 61.60; H 4.81; N 19.98. C18H17N5OS. Вычислено, %: C 61.52; H 4.88; N 19.93.
8-Амино-1-имино-4-метил-6-морфолин-4-ил-3-фенил-2-окса-7-азаспиро[4.4]нона-3,6,8-триен-9-карбонитрил (3а). К раствору 0.131 г (0.5 ммоль) 3 -метил-4-оксо-4-фенилбутан-1,1,2,2-
тетракарбонитрила 1б в 3 мл абсолютного AcOEt при интенсивном перемешивании и температуре -10
- -15°С добавляли 0.087 г (1 ммоль) морфолина. Реакционную массу оставляли закрытой при -10 — 15°С. Выделившийся через 2-3 дня осадок отфильтровывали, промывали на фильтре охлажденным этилацетатом. Сушили на воздухе. Выход 0.117 г (67%), т.пл. 162-163°С (разл.). ИК спектр, v, см-1: 3133-3347 (NH, NH2), 2167 (C=N). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д.: 1.77* с, 1.80 с (3H, CH3); 3.10-3.80 м ^морфслим); 7.15 с, 7.26* с (2H, NH2); 7.44-7.63 м (5Н, Ar); 8.95 с, 9.16* с (1H, NH). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 349 [93%, М+]. Найдено, %: C 65.39; H 5.38; N 19.96. C19H19N5O2. Вычислено, %: C 65.32; H 5.48; N 20.04.
8-Амино-1-имино-4-метил-6-тиоморфолин-4-ил-3-фенил-2-окса-7-азаспиро[4.4]нона-3,6,8-триен-9-карбонитрил (3б). Получали аналогично соединению (2б). Выход 0.113 г (62%), т.пл. 180-181°С (разл.). ИК спектр, v, см-1: 3125-3341 (NH, NH2), 2169 (C^N). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д.: 1.75* с, 1.78 с (3H, CH3); 2.55-2.85 м (4H, CH2SCH2); 3.454.15 м (4H, CH2NCH2); 7.16 с, 7.27* с (2H, NH2); 7.42-7.62 м (5Н, Ar); 9.00 с, 9.23* с (1H, NH). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 365 [74%, М+]. Найдено, %: C 62.53; H 5.18; N 19.25. C19H19N5OS. Вычислено, %: C 62.44; H 5.24; N 19.16.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 12-03-31335 мола.
Литература
1. Padmavathi, V. Synthesis and Biological Activity of a
New Class of Sulfone-Linked Pyrrolylpyrazoles and Pyrrolylisoxazoles from Methyl-3-aryl-2-(£-
arylethenesulfonyl)acrylate / V. Padmavathi, L.T Radha, K. Mahesh, A.A. Padmaja // Chem. Pharm. Bull. - 2009. - Vol. 57. - № 11. - P. 1200-1205.
2. Muratake, H. Synthesis of Duocarmycin SA by Way of Methyl 4-(Methoxycarbonyl)oxy-3H-pyrrolo[3, 2-f]quinoline-2-carboxylate as a Tricyclic Heteroaromatic Intermediate / H. Muratake, M. Tonegawa, M. Natsume // Chem. Pharm. Bull. - 1998. - Vol. 46. - № 3. - P. 400-412.
3. Belikov, M.Yu. Reaction between 4-oxoalkane-1,1,2,2-tetracarbonitriles and morpholine: regioselective synthesis of 5-amino-2-(morpholin-4-yl)-3-(2-oxoalkyl)-3H-pyrrol-3,4-dicarbonitriles / M.Yu. Belikov, O.V. Ershov, A.V.
Eremkin, O.E. Nasakin, V.A. Tafeenko, E.V. Nurieva // Tetrahedron Letters. - 2011. - № 52. - Р. 6407-6410.
4. Беликов, М.Ю. Синтез 5-амино-3#-пиррол-3,4-дикарбонитрилов на основе тетрацианоэтилированных жирноароматических кетонов / М.Ю. Беликов, О.В. Ершов, И.В. Липовская, А.В. Еремкин, О.Е. Насакин // ЖОрХ. - 2011. - Т.47. - №9. - С. 1401-1402.
5. Беликов, М.Ю. Взаимодействие 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с аммиаком и аминами / М.Ю. Беликов // Автореф. дис. канд. хим. наук. - Казань. -2011. - 23 с.
6. Nasakin, O.E. The Synthesis of 3-Amidinio-2-amino-pyridine-4-Carboxylates / O.E. Nasakin, V.P. Sheverdov,
I.V. Moiseeva, A.N. Lyshchikov, O.V. Ershov, V.N. Nesterov // Tetrahedron Letters. - 1997. - Vol. 38. - № 25.
- P. 4455-4456.
7. Беликов, М.Ю., Получение 3,4-дициано-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-2-олятов диэтиламмония / М.Ю. Беликов, О.В. Ершов, А.В. Еремкин, Я.С. Каюков, О.Е. Насакин // ЖОрХ. - 2010. - Т. 46. № 4.- С. 621-622.
8. Липин, К.В. Трёхкомпонентный синтез и биологическая активность 2-хлоропиридин-3,4-дикарбонитрилов / К. В. Липин, В. Н. Максимова, О. В. Ершов, О.Е. Насакин, Л.Ф. Саттарова, Б.П. Струнин, В.А. Антипов, П.А. Гуревич // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2010. - № 8. - С. 37-40.
9. Гуревич, П. А. Синтез и биологическая активность 2-галоген-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-3,4-дикарбонитрилов / П.А. Гуревич, В.Н. Максимова, К.В. Липин, О.В. Ершов, О.Е. Насакин, Л.Ф. Саттарова, Н.Г.
Могильный, Б.П. Струнин // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2012. - № 1. - С. 90-93.
10. Беликов, М.Ю. Синтез пирроло[3,4-с]пирролов и хинолин-3,4-дикарбонитрилов на основе 4-оксоалкан-
1.1.2.2-тетракарбонитрилов / М.Ю. Беликов, О.В. Ершов, И.В. Липовская, О.Е. Насакин, Б.П. Струнин, В.А. Антипов, Л.Ф. Саттарова, П.А. Гуревич // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2010. - № 9. - С. 112-115.
11. Беликов, М.Ю., Получение нового органического аниона взаимодействием 4-арил(гетерил)-4-оксобутан-
1.1.2.2-тетракарбонитрилов с аммиаком / М.Ю. Беликов, О.В. Ершов, А.В. Еремкин, Я.С. Каюков, О. Е. Насакин // ЖОрХ. - 2010. - Т. 46. № 4. - С. 604-605.
12. Беликов, М.Ю. Синтез и биологическая активность продуктов взаимодействия 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с аминами / М.Ю. Беликов, О.В. Ершов, О.Е. Насакин, Б.П. Струнин, В.А. Антипов, Л.Ф. Саттарова, П. А. Гуревич // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2010. - № 8. - С. 28-31.
13. Nasakin, O.E. Single-stage synthesis of 3-amino-1,2-dicyano-4,6-diazabibicyclo[3.2.1]oct-2-en-7-ones from P,P,y,y-tetracyanoalkanones / O.E. Nasakin, V.P. Sheverdov, O.V. Ershov, I.V. Moiseeva, A.N. Lyshchikov, V.N. Khrustalev, M.Yu. Antipin // Mendeleev Communications. -1997. - Vol. 7. - № 3. - P. 112-113.
14. Ducker, J.M. The reaction of ethentetracarbonitrile with acyclic P-dicarbonyl compounds and related studies / J.M. Ducker, M.J. Gunter // Australian Journal Chemistry. -1973. - Vol. 26. - № 7. - P. 1551-1569.
© П. А. Гуревич - д-р хим. наук, проф. каф. органической химии КНИТУ, petr_gurevich@mail.ru; М. Ю. Беликов - канд. хим. наук, ст. препод. каф. органической и фармацевтической химии ЧГУ им. И.Н.Ульянова, belikovmil@mail.ru; И. В. Липовская - студ. ЧГУ им. И.Н.Ульянова; С. В. Федосеев - асп. каф. органической и фармацевтической химии ЧГУ им. И.Н.Ульянова; О. В. Ершов - канд. хим. наук, докторант той же кафедры; О. Е. Насакин - д-р хим. наук, проф. той же кафедры.
