CC BY
26
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 2,3-ПОЛИМЕТИЛЕНПИРИДО [2,3-D] ПИРИМИДИН-4-ОНОВ С РЕАГЕНТОМ ВИЛЬСМЕЙЕРА-ХААКА
Ходжаниязов Хамид Уткирович
канд. хим. наук, старший научный сотрудник, Институт химии растительных веществ Академии Наук Республики Узбекистан,
100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Абдуллаева, 77 E-mail: [email protected]
Кутлимуратов Нурбек Маткаримович
преподаватель, Чирчикский Государственный педагогический институт Ташкентской области, 111700, Узбекистан, Ташкентская область, г. Чирчик, ул. Амир Тимура, 104
Таджимухамедов Хабибулла Сайфуллаевич
канд. хим. наук, доцент, Национальный университет Узбекистана, 100174, Узбекистан, г. Ташкент, улица Вузгородок НУУз
Сагдуллаев Шамансур Шахсаидович
д-р техн. наук., профессор, Институт химии растительных веществ 100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Абдуллаева, 77
INTERACTION OF 2,3-POLYMETHYLENEPYRIDO[2,3-D]PYRIMIDIN-4-ONES WITH VILSMEIER-HAACK REAGENT
Khamid Khodjaniyazov
candidate of Chemical Science, Senior Researcher, Institute of the Chemistry of Plant Substances Academy Science of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Abdullayev str., 77
Nurbek Kutlimuratov
assistant teacher, Chirchik State pedagogical institute, Tashkent oblast, 111700, Uzbekistan, Tashkent oblast, Circhik, Amir Timur str., 104
Khabibulla Tadjimukhamedov
candidate of Chemical Sciences, Assistant Professor of National University of Uzbekistan,
100174, Uzbekistan, Tashkent, Vuzgorodok NUUz
Shamansur Sagdullayev
doctor of Technical Sciences, Professor, Institute of the Chemistry of Plant Substances,
100170, Uzbekistan, Tashkent, Abdullayev str., 77
АННОТАЦИЯ
Осуществлено взаимодействие 2,3-три(тетра, пента)метиленпиридо[2,3^]-пиримидин-4-онов с реагентом Вильсмейера-Хаака приводящее к образованию формильных продуктов в альфа-положении метиленовых цепочек. Изучены структуры промежуточных соединений. Обсужден ход протекания реакций.
ABSTRACT
Interaction of 2,3-tri(tetra, penta)methylenepyrido[2,3-d]pyrimidin-4-ones with Vilsmeier-Haack reagent which leads to formation of formyl products on alpha-position of methylene chain was carried out. The structures of intermediates were studied. The course of reactions was discussed.
Библиографическое описание: Взаимодействие 2,3-полиметиленпиридо[2,3^]пиримидин-4-онов с реагентом Вильсмейера-Хаака // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. Ходжаниязов Х.У. [и др.]. 2018. № 3(45). URL: http://7universum. com/ru/nature/archive/item/5577
Ключевые слова: 2,3-три(тетра, пента)метиленпиридо[2,3^]пиримидин-4-оны, реагент Вильсмейера-Хаака, (диметил)аминометилиден-производные, формилирование.
Keywords: 2,3-tri(tetra, penta)methylenepyrido[2,3-d]pyrimidin-4-ones, Vilsmeier-Haack reagent, (dimethyl)ami-nomethylidene-derivatives, formylation.
В Институте химии растительных веществ АН РУз проводятся систематические изучения химических свойств гетероциклических соединений, в том числе конденсированных пиримидинов, содержащие а-мети-леновую группу. Например, показано, что формилирование дезоксивазиционона, бензольного аналога пи-ридо[2,3-1]пиримидинов, приводит к а-гидрокси- и а-диметиламинометилиден-дезоксивазицинону, в зависимости от способа обработки реакционной смеси [1]. Кроме того, активирование протонов а-метиленовой группы под действием соседней карбонильной группы обнаружено при функционализации 3,4,5,6,7,8-гекса-гидроспиро[хромен-2,1'-циклогексан]она-2' реагентом Вильсмейера-Хаака [2]. В данной работе промежуточный продукт не был выделен. Диметиламинометилиде-новый фрагмент соединяется экзоциклическому атому азота 1, 3 -диметил-2,4,5 -трио ксо -7 -амино -8Н-пи-ридо[2,3-d]пиримидина при обработке его с ДМФА/SOQ2 в хлороформе [3]. Кристаллические структуры 1 -(Ы^-диметиламинометилиден)-З -фени-лизоиндолеина и 1-формил-3-фенил-изоиндола изучены в работе [4] методом РСА.
Поскольку реагент Вильсмейера-Хаака является слабым электрофилом, его реакции легко идет с богатыми электронами карбо- и гетероциклическими
соединениями [5]. Различные гетероциклы были подвергнуты обработке с этим реагентом, особенно для получения формил производных [6]. Отмечено, что диметиламинометилиден-производные образуются в качестве промежуточных соединений [1, 7].
Как показано выше, взаимодействие ароматических и гетероциклических соединений с реагентом Вильсмейера-Хаака приводит к формил-производ-ным либо по ароматическому кольцу, либо по а-ме-тиленовой группе гидрированного пиррольного, пи-перидинового и азепинового кольца. Интересно было определить направления данной реакции в случаях 2, 3 -полиметиленпиридо -[2,3-1] пиримидин-4 -онов (1, 2, 7).
Нами было осуществлено взаимодействие 2,3-три-метиленпиридо[2,3-1]-пиримидин-4-она (1) [8] с реагентом Вильсмейера-Хаака, которое приводило к образованию а-диметиламинометилиден-производного
(схема 1), т.е. (£)-9-(Ы^-Диметиламинометилиден)-8,9-дигидропиридо [2,3 -1] пирроло [1,2-а] -пиримидин-5(7Н)-она (3) [9]. Данный продукт выделен при обработке реакционной смеси водой с последующим добавлением разбавленного водного раствора аммиака до рН = 9.
Взаимодействие 2,3 -тетраметиленпиридо [2,3 -
^пиримидин-4-она (2) с реагентом Вильсмейера-Хаака
Схема 1.
также
приводит к образованию а-диметиламинометилиден-производного (4, схема 1), который выделен аналогично с 3.
Таблица 2.
Физико-химические и спектральные характеристики а-диметиламинометилиден-2,3-тетраметиленпиридо[2,3^]пиримидин-4-она (4)
Брутто формула Выход, % Rf (CHCl3:CH3OH, 11:1) Т пл., 0С LC-MS (+ESI):
C14H16N4O 75 0.61 214-215 257 [M+H]+, 226.7, 214.0, 197.9, 172.1
УФ нейтральная среда (этанол): 279.73, 334.22, 361.77; кислая среда (HCl): 286.36, 332.65, 363.09; нейтрализация (HCl+NaOH): 286.40, 363.02
ИК (KBr, v, см-1) 3432, 3069, 3019, 2938, 2896, 2849, 1696 (N-C=O), 1628, 1600, 1560, 1504, 1453, 1438, 1399, 1366, 1293, 1267, 1165, 1136, 1104, 1060, 1047, 1000, 940, 873, 844, 822, 808, 776, 724, 621, 539, 462, 436
1H ЯМР (400 МГц, CD3OD, 5, м.д., J/Гц) 1.99 (2H, м, Y-CH2), 2.58 (2H, т, J=5.9, ß-CH2), 3.97 (2H, т, J=5.9, 5-CH2), 7.29 (1H, дд, J=4.9, 7.8, H-6), 8.40 (1H, дд, J=7.8, 1.8, H-5), 8.60 (1H, дд, J=4.7, 1.7, H-7), 8.90 (1H, уш.с., =CH)
Дальнейший гидролиз (раствором 10%-ной соля- онов (3, 4) приводит к образованию а-формил-2,3-ной кислоты) диметиламинометилен-производных три-(тетра)метиленпиридо[2,3-1]пиримидин-4-онам 2,3 -три(тетра)метиленпиридо [2,3 -1] -пиримидин-4- (5, 6):
о
о
N N 3, 4
(CH2)n
N(CH3)2
- (CH3)2NH n = 1, 2
Схема 2.
^ (CH2)n 5, 6 CHO
На образование а-формил-2,3-триметиленпи-ридо[2,3-d]пиримидин-4-онa (5) свидетельствует обнаружение молекулярных ионов [M+H]+ 216 (рис. 1) и [M-H]" 214 и их фрагментации при проведение эксперимента с помощью метода высокоэффективной
жидкостной хроматографии / масс-спектрометрии (LC-MS, MS/MS). Для соединения 5 LC-MS сняты с положительными (+ESI) и отрицательными (-ESI) методами ионизации. Соединение 5 имеет брутто формулу C11H9N3O2 и молекулярную массу: 215.
H+ / H2O
+ESI Product Ion (2.617 mill) Frag=70.0V CF=0.000 DF=0.000 [email protected] (216.0000 -> ") TMPP Formyl.0020.d
20 30 40
70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 Counts vs. Mass-to-Charge (m/z)
Рисунок 1. LC-MS/MS (+ESI) а-формил-2,3-триметиленпиридо[2,3^]пиримидин-4-она (5)
Рисунок 2. LC-MS/MS (+ESI) а-формил-2,3-тетраметиленпиридо[2,3^]пиримидин-4-она (6)
хю 3 +ESI Product Ion (2.143 mln) Frag=70.0V CF=0.000 DF=0.000 [email protected] (230.0000 -> ") QMPP Formy1.0022.d
47.2000 60.9000
-A-n—LwU
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230
Взаимодействие 2,3 -пентаметиленпиридо [2,3 -d]пиримидин-4-она (7) с реагентом Вильсмейера-Хаака, в отличии от предыдущих веществ (1, 2), приводит к образованию (£)-11-(аминометилиден)-10,11 -дигидропиридо [2,3 -4] -азепано [1,2-пирими-дин^^Щ-она (9). Данная структура подтверждена
РСА и LC-MS данными [10]. Нуклеофильная частица (NHз) атакует атом углерода (=СН) имеющего частичного положительного заряда сопряженной системы М=С2-аС=СН.
о
N(CH3)2
о
- HN(CH3)2
N(CH3)2
о
X)
NH2
9
Схема 3
Нуклеофильное замещение диметиламино-группы при атоме углерода с двойной связью отмечено в литературе [11], которая выделяется в виде ди-метиламина. В случае вещества 9 имеется возможность енамин-иминной таутомерии:
Следует особо отметить, что впервые выделено устойчивое соединение, содержащее необычную (=СН-ЫН2) группировку. Такие соединения отсутствуют в литературе. Хотя, теоретически можно было предсказать неустойчивость его в аналогии с виниловым спиртом, оно устойчиво в изученных
Образование енамина 9 в кристаллическом со стоянии во время экспериментов объясняется образо ванием термодинамически более стабильной тауто-мерной формы за счет сопряженной системы. По-видимому, энергетический выигрыш имеет место и при замещении более объемистой -Ы(СНз)2 группы на -КН2 группу меньшего размера.
Резкое отличие (на 0.32А) в межатомных расстояниях в соединениях 3 [(СНз^^Ср 3.25А] и 9 [Н2N•^■Cp 2.93А] количественно показывает пространственный эффект азепанового кольца (9) по сравнению с тетрагидропиррольным (3) кольцом.
Схема 5
Структура а-формил-2,3-пентаметиленпиридо [2,3-й]пиримидин-4-она (10) была подтверждена данными ЬС-МБ.
хЮ 4 2.7
+ESI Product Ion (3.257 min) Frag=70.0V CF=0.000 DF=0.000 [email protected] (244.0000 -> **) PMPP Formyl.0023.d
126.4000 117.2000 I I
J_
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240
Counts vs. Mass-to-Charge (m/z)
Рисунок 3. LC-MS/MS (+ESI) а-формил-2,3-пентаметиленпиридо[2,3-й]пиримидин-4-она (10)
(Е)-9-(М,М-диметиламинометилиден)-8,9-дигидропиридо[2,3-ё]-пиперидино[1,2-а]пиримидин-
5(7Н)-он (4). Аналогично синтезу 3 [9] из свежепере-гнанного ДМФА (3 мл, 0.039 моль), хлорокиси фос-
фора (1 мл, 0.0107 моль) и 2,3-тетраметиленпи-ридо[2,3^]пиримидин-4-она 2 (0.5 г, 0.0025 моль) получают 0.48 г 4 (выход 75%) с т.пл. 214-2150C, желтые кристаллы.
а-Формил-2,3-триметиленпиридо[2,3-d] пиримидин-4-он {9-Формил-8,9-дигидропиридо[2,3^] пирроло[1,2-а]пиримидин-5(7Ц)-он} (5), синтезирован при кислотным гидролизе (E)-9-(N,N-диметиламинометилиден)-8,9-дигидропиридо[2,3-d]пирроло[1,2-a]пиримидин-5(7H)-она 3 10%-ным раствором соляной кислоты в течении 6 часов. LC-MS/MS (+ESI): 216.1 [M+H]+, 187.3, 121.9, 93.0, 55.7; (-ESI): 213.9 [M-H]+, 184.6, 146.2, 124.7, 50.1.
а-Формил-2,3-тетраметиленпиридо[2,3-d]пиримидин-4-он {9-Формил-8,9-дигидропиридо [2,3-d] пиперидино [1,2 -а] пиримидин-5 (7H)-он} (6) синтезирован аналогично вышеприведенному, LC-
март, 2018 г.
MS (+ESI): 230 [M+H]+, 201.2, 191.3, 127.7, 105.3, 60.9, 47.2.
а-Формил-2,3-пентаметиленпиридо[2,3-d]пиримидин-4-он {9-Формил-8,9-дигидропиридо [2,3^] азепино [1,2 -а] пиримидин-5 (7Ц)-он} (10), получен кислотным гидролизом 9 аналогично вышеприведенному, LC-MS (+ESI): 244.1 214.9, 190.9, 158.2, 126.4, 117.2, 75.1, 57.0.
Таким образом, взаимодействие 2,3-три(тетра, пента)метиленпиридо[2,3^]пиримидин-4-онов с реагентом Вильсмейера-Хаака приводит в конечном итоге к а-формильным производным. В качестве промежуточных соединений образуются диметиламино-метилиден или аминометилиден-производные, образование которых зависят от количества метиленовых групп. Различие в структурах последних объяснено нуклеофильным переаминированием, приводящей к образованию аминометилиден-производного.
Список литературы:
1. Шахидоятов Х.М. Синтез и химические превращения производных хиназолина. Дис. ...доктор.хим.наук. -Москва: ИТХТ, 1983. -С. 1-334.
2. Fedotova O.V., Lipatova E.V., Tsimbalenko D.A., Scherbakov A.A. Formylation of carbonylcontaining spirochromanes // Chem. Heterocycl. Comp. -1998. -1. -P. 413-414.
3. Burova O.A., Bystryakova I.D., Smirnova N.M., Safonova T.S. Pyrido[2,3-d]-pyrimidines. 2. Reactions of 2,4,5-trioxo-7-amino-8H-pyrido[2,3-d]-pyrimidines with electrophilic agents // Chem. Heterocycl. Comp. -1990. -26(5). -P. 561-564.
4. Bonnett R., Hursthouse M.B., North S.A., Trotter J. Synthesis and X-ray crystal structures of 1-(N,N-dimethyla-minomethylidene)-3-phenylisoindolenine and 1-formyl-3-phenylisoindole // J. Chem. Soc., Perkin Trans. -1984. -2. -P. 833-839.
5. Шахидоятов Х.М., Ходжаниязов Х.У., Таджимухамедов Х.С. Органик кимё: учебник для вузов. -Т.: Фан ва технология, 2014. -800 c.
6. Шведов В.И., Чижов А.К., Гринев А.Н. Формилирование 2-метил-3-карбэтокси-5-метокси- и 2-метил-5-ме-токсииндолов по Вильсмейеру // Хим.гетероцикл.соедин. -1971. -№3. -C. 339-341.
7. Shakhidoyatov Kh.M. Chemical transformation of tricyclic quinazoline alkaloids // Nitrogen-containing heterocycles and alkaloids. Ed. V.G. Kartsev, and G.A. Tolstikov. Iridium Press, -Moscow, -2001. -1. -P. 167-178.
8. Khodjaniyazov Kh.U. Synthesis and NMR spectral characterization of novel 2,3-polymethylenepyrido[2,3-d]pyrim-idin-4-ones. Journal of Advances in Chemistry, 11(8): 3873-3875, 2015.
9. Khodjaniyazov Kh.U., Makhmudov U.S., Kutlimuratov N.M. Synthesis and X-ray crystal structure of (E)-9-(N,N-Dimethylaminomethylidene)-8,9-dihydropyrido[2,3-d]pyrrolo[1,2-a]pyrimidin-5(7H)-one // Journal of Basic and Applied Research. -2016. -2(3). -P. 382-385.
10. Khodjaniyazov Kh.U., Makhmudov U.S., Turgunov K.K., Elmuradov B.Zh. Unusual formation of (E)-11-(ami-nomethylydene)-8,9,10,11-tetrahydropyrido-[2',3':4,5]pyrimido[1,2-a]azepin-5(7H)-one and its crystal structure // Acta Cryst., -2017. - E73. -P. 1497-1500.
11. Abu-Shanab F.A., Hessen A.M., Mousa S.A.S. Dimethylformamide Dimethyl Acetal in Heterocyclic Synthesis: Synthesis of Polyfunctionally Substituted Pyridine Derivatives as Precursors to Bicycles and Polycycles [1,2] // J. Heterocyclic Chem. -2007. -44. -P. 787-791.
