CC BY
10
УДК541127; 541.124.542.91;547.563.4;547.391
А. А. Володькин, Г. Е. Заиков, С. М. Ломакин, И. М. Левина, Е. В. Коверзанова
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА НАПРАВЛЕНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ЦИКЛИЗАЦИИ В РЕАКЦИИ
2-(К-АЦЕТИЛАМИНО)-2-(3,5-ДИ-ГР£Т-БУТИЛ-4-ГИДРОКСИФЕНИЛ)-ПРОПИОНОВОЙ КИСЛОТЫ
С КИСЛОРОДОМ В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ
Ключевые слова: 2-^-ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты, 2,4-ди-трет-бутилбицикло(4,3,1)дека-4,6-диен-8-^-ацетил(шино)-3,9-дион-1-окса, 6,8-ди-трет-бутил-3-^-ацетиламино)-спиро(4,5)деш-1-окса-5,8-диен-2,7-дион, окисление кислородом, ЯМР-спектроскопия, расчет структур.
Результаты окисления 2-^-ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты кислородом зависят от температуры. При 55-60оС образуется 5,7-ди-трет-бутил-1-окса(4,3)бицикло-4.7-диен-2.6-дион, строение которого основано на данных 1Н и13С ЯМР спектров. При 95-97оС образуется смесь 2,4-ди-трет-бутилбицикло(4,3,1)-дека-4,6-диен-8-(Ы-ацетиламшо)-3,9-дион-1-окса и 6,8-ди-трет-бутил-3-(Ы-ацетиламино)спиро(4,5)дека-1-окса-5,8-диен-2,7-диона. Расчет структур методом Хартри-Фока и термодинамические функции (энтальпии, энтропии) позволяют предположить таутомерию.
Keywords: 2-(N-acetylamino)-2-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionic acid, 6,8-di-tert-butyl-3-(N-acetylamino)-spiro(4,5)deca-1-oxa-5,8-dien-2,7-dione oxidation by oxygen, 2,4-di-tert-butylbicyclo (4,3,1)deca-4,6-dien-8-(N-acetylamino)-3,9-
dion-1-oxa, NMR-spectroscopy.
Results of oxidation 2-(N-acetylamino)-2-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionic acid oxygen depend on temperature. At 55-60 o C it is formed 2,4-di-tert-butylbicyclo (4,3,1)deca-4,6-dien-8-(N-acetylamano)-3,9-dion-1-oxa, which constitution is based on the data of spectrums 1H and 13C NMR. At 95-97oC mixture 2,4-di-tert-butylbicyclo (4,3,1)deca-4,6-dien-8-(N-acetylamino)-3,9-dion-1-oxa and 6,8-di-tert-butyl-3-(N-acetylamino)spiro(4,5)deca-1-oxa-5,8-dien-2,7-dione is formed. Calculation of structure data by a method of Hartrii-Foka and function of enthalpies, entropies allow to assume dynamic isomerism.
Введение
Окисление кислородом 2-(^ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты (аналог ацетилтирозина) представляет интерес в исследовании продуктов ингибированного окисления субстрата в присутствии антиоксиданта. Результаты ранних работ [1-3] показали перспективность аналогов ацетилтирозина в биологии и специфичность свойств в условиях реакций с кислыми агентами. Например, в классической реакции с хлористым тионилом вместо хлорангидрида 2-(^ацетил-амино)-3 -(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты образуются продукты окислительной димеризации [4]. В реакции с хлористым водородом происходит отщепление третично бутильной группы [5]. Направление окисление кислородом 4-замещенных 2,6-ди-трет-бутилфенолов зависит от условий и строения заместителя, а в каждом конкретном случае результаты, как правило, являются неоднозначными [6]. В этой связи окисление 2-(^ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты представляется одним из этапов, связанных с установлением строения и свойств продуктов ингибированного окисления, особенно в условиях биологических исследованиях.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР регистрировали на приборе "Avance -500 Bruker" относительно TMS. Данные по ЯМР получали в Центре магнитной спектроскопии ИБХФ РАН.
2-(К-Ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты
синтезирован по методу [7], т.пл .204-206 оС. По данным [8]: т.пл. 204-206 оС.
Пример 1. Окисление 2-(К-ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропиоовой кислоты при 55-60 оС. В раствор 3.35 г (0.01 мол) 2-(К-ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты (1) 2.0 г (0.04 мол) NaOH в 60 мл этанола при 55-60 оС пропускали кислород в течение 6 ч. Через сутки к раствору прибавляли конц соляную кислоту до начала выпадения осадка (рН и 6). Органический слой отделили и после кристаллизации в процессе испарения растворителя получали 0.6 г («18 %) 2,4-ди-трет-бутилбицикло(4,3,1)дека-4,6-диен-8-(Ы-ацетиламино)-3,9-дион-1-окса (2); т.пл. 101-105 оС . Найдено %: С 68.32 Н 8.34. С19Н27Ш4. Вычислено %: С 68.44 Н 8.16 Спектр ЯМР 1Н (ДМСО, d6, м.д., 5, У/Гц):: 1.20 (с. 18Н, Ъи); 1.89 (с.3Н, СН3СО); 2.40 (т. 2Н, СН2СН, 12.9, 10); 4.85 (м. 1Н, СН2СН,); 6.69 (д. 1Н, 2.9); 6.95 (д. 1Н, 2.9) ; 8.56 ( д.1Н, Ж, ,/=7.8). Спектр ЯМР 13С (ДМСО, d6, м.д., 5): 22.18 (СН3СО); 29.09 (-С-СН3); 36.84 (СН2); 48.56 (СН); 76.28 (С); 138.9 (С-Н) 139.6 (С-Н); 145.3 (С-С)4 146.0 (С-С) 169.3 (СОКИ); 174.0 (СООН); 185.4 (С=О).
2-(К-ацетиламино)-2-(3,5-ди-шреш-бутил-4-гидроксифенил)-пропионат натрия (3). Смесь 3.35 г (0.01 мол) 1, 0.5 г (0.01 мол) №ОН в 20 мл этанола выдерживают и15 мин, растворитель испаряли, остаток перекристаллизовали из ЕЮН- Н2О (1:1). Выход и3 г, т.пл. > 250 оС (с разл.) Спектр ЯМР 1Н ( ДМСО, d6, м.д., 5, //Гц): 1.35 (с., 18 Н, В); 1.77 (с.,
3Н, СОСНз); 2.73 (д.д. ,1Н, СН-СНН, J =6.8); 2.95 (д.д. ,1Н, СН-СНН, J =4.6); 3,97 (м. 1Н, СН-СН2); 6.6 (с., 1Н, ОН); 6.89 (с. 2Н, Аг); 7.23 (д., 1 Н, 7.4). Спектр ЯМР 13С ( ДМСО, а6, м.д., 5): 22.93 (СН3СО); 30.48 (С-СН3); 34.27 (С); 37.45 (СН2); 55.73 (СН); 125.5 (С=С-Н); 130.46 (С-С=С); 138.09 (С-С=С); 151.58 (С-С=О); 167.63 (€ОМНСН3); 173.93 (СООН).
Пример 2. Окисление 2-(К-ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-про-пионовой кислоты при 95-97оС. В раствор 3.35 г (0.01 мол) соединения (1) 2.0 г (0.04 мол) №ОН в 60 мл этанола при 95-97оС пропускали кислород в течение 6 ч. Обработку и выделение продуктов реакции проводили аналогично примеру 1. 6,8-Ди-трет-бутил-3-(ЪТ-ацетил-амино)спиро(4,5)дека-1-окса-5,8-диен-2,7-дион из реакционной смеси выделяли хроматографированием на А12О3; т.пл. 102-105 оС. Спектр ЯМР 1Н(1) ( ДМСО- ав, м.д., 5, J/Гц): 1.36 (с., 18 Н, В); 1.82 (с.3Н, СН3СО); 2.74 (д. 1Н, СН-СНН, J =9.2; J =9.2; J =13.9 ); 2.91 (д.1Н, СН-СНН, J =4.85; J =6.94; J =13.9); 4.32 (м. 1Н, СН-СН2); 6.94 (с.2Н, Аг); 8.16 (д., 1Н, Ш, J= 7.8); Спектр ЯМР 1Н (2) ( ДМСО-ае, м.д., 5, J/Гц): 1.36 (с., 18 Н, 4Ви); 1.80 (с.3Н, СН3СО); 2.74 (т. 2Н, СН2, J =3.2 ); 4.01 (м. 1Н, СН-СН2); 6.90 (с.2Н, Аг); 8.30(д., 1Н, КИ, J= 7.3); спектр ЯМР 13С ( ДМСО-а6, м.д., 5): 22.4 (СН3СО); 26.9 (С-СН3); 30.32 (С); 36.57 (СН2); 53.58 (С1Н); 53.84 (С2Н); 60.18 (С-спиро); 125.07 (С=С-Н); 125.15 (С=С-Н); 127.8 (С=С2-Н); 128.4 (С=С2-Н); 145.90 (С1=С); 145.95 (С1=С); 152.24 (С2=С); 152.37 (С2=С); 168.97 (СОКТИ); 169.09 (СОКТИ; 171.83 (С1ООН); 173.22 (С2ООН); 185.37 (С=О)
Обсуждение результатов
В условиях взаимодействия 2-(К-ацетил-амино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты (1) с №ОН в атмосфере воздуха при комнатной температуре образуется соль - 2-(К-ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-
гидроксифенил)-пропионат натрия, растворимая в водно-спиртовых растворах. Однако при температуре 55-60оС протекает процесс окисления, скорость которого выше в атмосфере кислорода. За 6 ч. реакции образуется «18 % 2,4-ди-трет-бутилбицикло (4,3,1) дека-4,6-диен-8-(К ацетиламино)-3,9-дион-1-окса (2), схема 1. При комнатной температуре на воздухе соль 3 не реагирует с кислородом. Состав реакционных масс и выход соединения 2 контролировали из данных спектра ЯМР :Н (рис.1).
Кл
Рис. 1 - Спектр ЯМР 1Н реакционной массы реакции соединения 1 с кислородом в щелочной среде при 55-60оС за 6 ч
Из данных спектра ЯМР :Н следует, что сигналы 6.69 и 6.95 м.д.(,/=2.9 Гц) могут принадлежать двум различным протонам в шестичленном цикле структуры соединения 2. В спектре ЯМР 13С сигналы 138.92 и 139.59 м.д от атомов углерода соответствуют структуре, анализ которой в формате debt (рис.2) указывает на связь этих атомов с атомами водорода.
Рис. 2 - Фрагмент спектра ЯМР С соединения 2 в формате dept. (реакционная масса)
Сигнал 185.4 м.д. в спектра ЯМР 13С (рис.3) подтверждает присутствие карбонильной группы в шестичленном цикле структуры соединения 2.
Схема 1
Рис. 3 - Спектр ЯМР 13С реакционной массы реакции соединения 1 с кислородом в щелочной среде при 55-60оС за 6 ч
Наконец, сигнал 76.28 м.д. принадлежит тетраэдрическому атому углерода, образующим
3
1
2
связи с углеродами цикла, трет-бутильной группой и атомом кислорода.
Данные спектров ЯМР достаточны для выводов о структуре продукта окисления 2-(Ы-ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил)-пропионовой кислоты кислородом при температуре 50-60оС в растворе этанола, которые подтверждают образование связи между атомом кислорода карбоксильной группы и атомом углерода шестичленного цикла.
В реакции окисления 1 при температуре 95-97оС (термостатирование) наряду с соединением 2 образуется 2,4-ди-трет-бутилбицикло(4,3,1)-дека-4,6-диен-8-(К-ацетиламино)-3,9-дион-1-окса (4) (схема 2).
Рис. 5 - Фрагмент спектра ЯМР 1Н ( 2.9-2.7 м.д) от сигнала группы СН2 структуры соединения 4
Схема 2
Соотношение продуктов реакции (2 и 4) найдено из сравнения интегралов соответствующих сигналов в спектре ЯМР :Н реакционной массы (рис.4).
145.90
185.37 145.95 125.15
125.07
H . 36.57V'hNO
53.58 - -H
HN 171.83
>168.97
=O
4а
152.24 127.82 H,
36.59 53.84
H3C
152.37 128.41
HN
\ 169.09
O
173.22
46
Схема 3
Li
Рис. 4 - Спектр ЯМР 1Н реакционной массы после окисления соединения 1 кислородом при 95-97оС в течение 6 ч
Анализ данных спектра указывает на присутствие в реакционной массе трех соединений: одно из них со структурой 2 и два соединения со структурой 4, которые, по-видимому, являются структурными изомерами (рис. 5).
Из анализа данных спектра ЯМР 13С следует, что в соединении 4атомы углерода неэквивалентны и соответствуют двум структурам 4а и 4б (схема 3). Сигналы «дублет дублетов» принадлежат одной из структур соединения 4а, сигнал «триплет» принадлежит другой структуре соединения 4б.
Одним из возможных факторов, влияющих на распределение частот в спектрах и 13С ЯМР, может быть асимметрия из-за влияния третично бутильных групп на геометрические параметры.
Сравнение расчетных данных структур 2 и 4 методом Хартри-Фока (UHF) указывает на величины энергий образования (Hof) для 2 №f = -179.3 - для 4 = - 144.4 ккал.мол-1, величины зарядов на атомах кислорода [2, O (15) q = - 0.58; 4, O(15) q = - 0.59]. Различия в зарядах на атомах углерода в шестичленном цикле [2, C (1) q = - 0.02, 4, C(1) q = +0.3]. Угол между плоскостью шестичленного цикла и связью С=О (15), для 2 [С(2)-С(1)-С3)-О(16)] ®/град= 27.6 о, для 4 [С(2)-С(1)-С3)-О(15)] о/град = 26о
2
4
Расчетные данные энтальпии (Н°{) и энтропии (Б^) для структур соединений 2 и 4 оказались
O
O
O
сопоставимыми ( 2, Н^ =17.5 ккал.мол-1, = 182.3 э.ед. кал.К-1.мол-1 ; 4, Н°г=17.1 ккал.мол-1, = 174.9 э.ед. кал. К-1. мол-1). Эти результаты в совокупности с расчетом геометрии структур 2 и 4 указывает на возможность таутомерии
Заключение
При окислительной циклизации в процессе взаимодействии 2-(К-ацетиламино)-2-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропионовой кислоты с кислородом в присутствии щелочи образуются 2,4-ди-трет-бутилбицикло(4,3,1)-дека-4,6-диен-8-((Ы-ацетиламино)-3,9-дион-1-окса и 6,8-ди-трет-бутил-3-(К-ацетиламино)спиро-(4,5)дека-1-окса-5,8-диен-2,7-дион. Соотношение продуктов окисления кислородом зависит от температуры.
Литература
1. А.А.Володькин, В.Н.Ерохин, Е.Б.Бурлакова, Г.Е.Заиков, С.М. Ломакин, Ж.хим.физ.,2013, 32, 66-72.
2. А.А.У°1°акт, О.Б.7а1к°у, Вестн. Казанск. техн. универ., 2014, т.17, № 16, 138-141.
3. А.А.Володькин, Г.Е.Заиков, Л.Н.Курковская, Н.М.Евтеева, С.М.Ломакин, Е.Ю.Паршина, Л.Я.Гендель, З.М.Рахбанова, Вестник Казан. техн. ун-та. 2012, т.15, №8 177.
4. А.А.Володькин, Л.Н.Курковская,Г.Е.Заиков, С.М. Ломакин Изв.РАН, Сер.хим 2013, 2265
5. А.А.Володькин, Г.Е.Заиков, Л.Н.Курковская, С.М.Ломакин, С.Ю.Софьина, Вестник Казан. техн. унта. 2013, т.16, №8, 18-21.
6. А.А.Володькин, Р.Д.Малышева, В.В.Ершов, Изв.АН СССР, Сер.хим.1982, 1594
7. А.А.Володькин, С.М.Ломакин, Г.Е.Заиков, Н.М.Евтеева Изв.РАН, Сер.хим., 2009, 900.
8. Н.1Теиаег,НКаше, V. Вегапи, ЫеЪ.Апд. 1978, 757.
© А. А. Володькин - д-р хим. наук, проф. вед. науч. сотр. Института биохимической физики им. Н.М.Эмануэля РАН; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. каф. технологии пластических масс, КНИТУ, сЬетЬю@8ку.сЬркга8.ги; С. М. Ломакин -канд. хим. наук, зав.лаб. Института биохимической физики им. Н.М.Эмануэля РАН; И. М. Левина - науч. сотр. Института биохимической физики им. Н.М.Эмануэля РАН; Е. В. Коверзанова - ст.научн.сотр. Института химической физики им. Н.Н.Семенова РАН.
© A. A. Volodkin - Dr. of chemical sciences, professor of Institute of biochemical physics of N.M.Emanuelja of Russian Academy of Sciences; G. E. Zaikov - Dr. of chemical sciences, Doctor of Chemistry, Full Professor of Plastics Technology Department, Kazan National Research Technological University, [email protected]; S. M. Lomakin - candidate of science, laboratory chief of Institute of biochemical physics of N.M.Emanuelja of the Russian Academy of Sciences; I M. Levina - research assistant of Institute of biochemical physics of N.M.Emanuelja of the Russian Academy of Sciences; E. V. Koverzanova - research assistant of. Institute of chemical physics of N.N.Semenova of the Russian Academy of Sciences.
