Взаимодействие диметилацетилендикарбоксилата c производными 2,2-диметил-пирролин-3-он-1-оксида

Полная исследовательская публикация ______________________________ Беккер К.С. и Резников В.А.

Размещено на http://www.allbest.ru/

14 ______________ http://butlerov.com/ ______________ ©--Butlerov Communications. 2009. Vol.15. No.2. P. 12-15.

Полная исследовательская публикация Тематический раздел: Препаративная химия.

Регистрационный код публикации: 9-15-2-12 Подраздел: Органическая химия.

12 __________ ©--Бутлеровские сообщения. 2009. Т.15. №2. _________ г. Казань. Республика Татарстан. Россия.

Новосибирский государственный университет

Взаимодействие диметилацетилендикарбоксилата c производными 2,2-диметил-пирролин-3-он-1-оксида

Беккер Кристина Сергеевна

Резников Владимир Анатольевич

Аннотация

дикарбоновый кислота диметилацетилен эфир

5-Замещенные производные 2,2-диметил-пирролин-3-он-1-оксида реагируют с диметилацетилен-дикарбоксилатом по типу реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием соответствующих производных диметиловых эфиров 3a,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-b]изоксазол-2,3-дикарбоновых кислот.

Ключевые слова: реакции циклоприсоединения, пирролин-N-оксид, ацетилендикарбоксилат.

Введение

Настоящая работа посвящена изучению свойств производных 2,2-диметил-1-оксид-2,4-дигидро-пиррол-3-она 1, а именно, их взаимодействию с диметилацетилендикарбоксилатом (DMAD). Соединения 1 представляют интерес как циклические -оксонитроны - азотистые аналоги -дикетонов и енаминонов. В то время, как химия -дикетонов и енаминонов является достаточно хорошо изученной, сведения о реакционной способности -оксонитронов весьма ограничены и описываются, главным образом, в наших же предыдущих работах [1-5] (схема 1).

Схема 1

Было изучено взаимодействие 1 с рядом электрофильных реагентов и показано, что электрофильная атака протекает по атомам углерода С-4 и нитронному атому кислорода. Преимущественное направление нуклеофильной атаки - атом С-5. Такое поведение пирролинов 1 связано, в частности, с тем, что эти соединения в большей или меньшей степени существуют в енолизованной - енгидроксиламинной таутомерной форме B, относительное содержание которой зависит от характера заместителя в положении 5 и от растворителя. В более полярных растворителях форма B может становиться преобладающей [Ошибка! Закладка не определена.]. Важно отметить, что интерес к соединениям 1 определяется также тем фактом, что, как было показано ранее, они являются предшественниками персистентных винилнитроксильных радикалов - потенциальных парамагнитных лигандов для создания молекулярных магне-тиков. В представленной работе изучено взаимодействие 1 с DMAD.

Результаты и их обсуждение

В принципе, взаимодействие 1 с DMAD может происходить двумя различными способами: DMAD может выступать в качестве электрофильного агента, атакуя либо атом углерода С-4, либо один из атомов кислорода в сопряженной таутомерной форме В (схема 2); либо в качестве диполярофила по отношению к нитронной группе в таутомере А. Структурные аналоги пирролинов 1 - производные изоксазолина 2, моделирующие сопряженную таутомерную форму В соединений 1, правда с иной топологией - взаимодействуют с DMAD по типу реакции электрофильного присоединения [6] (схема 2). В цитируемом случае реакция происходит по соответствующему атому углерода и атому азота с образованием соединений 3,4 и продуктов их дальнейшего превращения.

Схема 2

Следует отметить, что ранее нами было показано, что реакция диполярного циклоприсоединения может происходить в качестве преобладающего процесса и с соединениями, в которых нитронная форма является одним из возможных, причем минорных таутомеров - с производными 4,4,5,5-тетраметил-4,5-дигидро-имидазол-1-ола 2 [7] (схема 2).

В связи с вышесказанным, любое из упомянутых ранее направлений реакции с DMAD представляется вероятным. Показано, что реакция пирролинов 1 с DMAD при нагревании в CHCl₃ происходит исключительно как 1,3-диполярное циклоприсоединение с образованием производных диметиловых эфиров 3a,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-b]изоксазол-2,3-дикарбоновых кислот 6 (схема 3). Единственным зарегистрированным побочным процессом в этой реакции является окисление пирролинов 1 в димеры, хотя реакция и проводилась в инертной атмосфере.

Схема 3

Строение циклоаддуктов 6 подтверждается данными спектроскопии ЯМР. Так, в спектрах ЯМР ¹Н группа 4-СН₂ представлена в виде дублета дублетов вследствие неэквивалентности этих протонов, чего не наблюдалось бы в случае протекания реакций присоединения. В спектре ЯМР ¹³С отсутствует сигнал нитронного атома углерода (сигнал атома С-3а находится в области 71-74 м.д.), а наблюдаются, в частности, сигналы в области ~104-112 м.д. и 153-158 м.д. атомов С-2 и С-3 при двойной связи, что подтверждает образование изоксазолинового цикла.

Экспериментальная часть

ИК спектры были записаны в таблетках из KBr (концентрация 0.25%, толщина таблетки 1 мм), на спектрометре “Bruker IFS-66”. УФ спектры измеряли на спектрометре Specord M-40 в растворах в этаноле. Спектры ЯМР ¹Н и ¹³С регистрировали на спектрометрах “Bruker AV 400”, “Bruker AV 300” для 5-10% растворов в CDCl₃, сигнал растворителя использовали как стандарт. Масс-спектры высокого разрешения измерены на спектрометре “Finnigan MAT 8200” при разрешении 10000 в условиях прямого ввода.

Температуры плавления синтезированных соединений определяли на микронагревательном столике "Boetius" и не корректировали. Контроль за ходом реакций осуществляли с помощью ТСХ на пластинках Silufol UV-254, элюент - CHCl₃. Для колоночной хроматографии использовали силикагель 0.063-0.200 мм фирмы “Merck”. Упаривание растворов во всех случаях проводили при пониженном давлении - в вакууме водоструйного насоса. Синтез соединений 1a-d описан в [8].

Синтез циклоаддуктов 6, общая методика. Раствор 0.5 ммоль пирролина 1a-d и 0.6 ммоль DMAD в 3 мл хлороформа выдерживали при комнатной температуре в течение 36 часов для 6a или при температуре 70 С в течение 24 ч для 6b, 36 ч для 6c, 16 ч для 6d. Реакцию проводили в атмосфере аргона. Раствор упаривали и продукт очищали колоночной хроматографированием на силикагеле. Элюент - хлороформ (для 6b,c,d) или смесь гексан-эфир (2:1) (для 6a).

3a,6,6-Триметил-5-оксо-3a,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-b]изоксазол-2,3-дикарбоновой кислоты диметиловый эфир (6a): Выход 50%,, бесцв. масло. ИК спектр (KBr), н/см^-1: 2983, 2957 (C-H), 1756, 1714, 1657 (O-C=O, C=O). УФ спектр (EtOH), л_max/нм (lg ): 274 (3.67). Найдено: m/z 283.1051 [M]⁺. C₁₃H₁₇NO₆. Вычислено: M = 283.1055. Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃, 300.13 МГц, , м.д.): 1.20, 1.25, 1.55 (3 с, по 3 H, 3 Me), 2.50, 3.20 (2 d, J²_H,H = 19.1 Hz, по 1 H, CH₂), 3.68, 3.82 (2 c, по 3 H, 2 OMe). Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃ 75.48 МГц, , м.д.): 19.6, 25.6, 29.2, (3 Me), 44.8 (CH₂), 52.0, 53.4 (2 OMe), 71.2, 71.8 (CMe₂, CMe), 112.7 (=C-COOMe), 153.7 (=C(COOMe)-O), 159.2, 162.2 (2 COOMe), 213.5 (C=O).

6,6-Диметил-5-оксо-3a-трифторметил-3a,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-b]изоксазол-2,3-дикарбоновой кислоты диметиловый эфир (6b): Выход 57%, Т.пл. 63-63.7 С (гексан). ИК спектр (KBr), н/см^-1: 2980, 2959, 2869 (C-H), 1752, 1711, 1644 (O-C=O, C=O). УФ-спектр (EtOH), л_max/нм (lg ): 264 (3.67). Найдено (%): C, 46.36; H, 4.08; N, 3.95. C₁₃H₁₄F₃NO₆. Вычислено (%): C, 46.30; H, 4.18; N, 4.15. Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃, 300.13 МГц, , м.д.): 1.25, 1.36 (2 с, по 3 H, 2 Me), 2.93, 3.54 (2 d, J²_H,H = 19.6 Hz, по 1 H, CH₂), 3.76, 3.91 (2 c, по 3 H, 2 OMe). Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃ 75.48 МГц, , м.д.): 19.7, 24.4 (2 Me), 38.3 (CH₂), 52.5, 53.9 (2 OMe), 72.4 (CMe₂), 74.6 (q, J²_C,F = 32.1 Hz, C(CF₃)), 104.2 (=C-COOMe), 124.1 (q, J¹_C,F = 283.2 Hz, CF₃), 158.1 (=C(COOMe)-O), 158.2, 161.2 (2 COOMe), 209.0 (C=O).

3a-Трет-бутил-6,6-диметил-5-оксо-3a,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-b]изоксазол-2,3-дикарбоновой кислоты диметиловый эфир (6c) Выход 30%, Т.пл. 69-70.5 С (гексан). ИК спектр (KBr), н/см^-1: 2959, 2883 (C-H), 1756, 1714, 1647 (O-C=O, C=O). УФ спектр (EtOH), л_max/нм (lg ): 274 (3.28). Найдено (%): C, 59.42; H, 7.10; N, 4.25. C₁₆H₂₃NO₆. Вычислено (%): C, 59.06; H, 7.13; N, 4.31. Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃, 400.13 МГц, , м.д.): 0.90 (c, 9 H, t-Bu), 1.21, 1.30 (2 с, по 3 H, 2 Me), 2.71, 3.49 (2 d, J²_H,H = 19.3 Hz, по 1 H, CH₂), 3.73, 3.86 (2 c, по 3 H, 2 OMe). Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃ 100.32 МГц, , м.д.): 20.2, 24.2 (2 Me), 24.6 (C(CH₃)₃), 39.8 (C(CH₃)₃), 39.9 (CH₂), 52.2, 53.2 (2 OMe), 71.9 (C(t-Bu)), 79.8 (CMe₂), 111.1 (=C-COOMe), 153.3 (=C(COOMe)-O), 159.4, 163.9 (2 COOMe), 213.2 (C=O).

3a-Фенил-6,6-диметил-5-оксо-3a,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-b]изоксазол-2,3-дикарбоновой кислоты диметиловый эфир (6d): Выход 56%, Т.пл. 73.5-75 С (гексан). ИК спектр (KBr), н/см^-1: 2991, 2957 (C-H), 1758, 1714, 1659 (O-C=O, C=O). УФ спектр (EtOH), л_max/нм (lg ): 274 (3.64). Найдено (%): C, 62.56; H, 5.64; N, 4.04. C₁₈H₁₉NO₆. Вычислено (%): C, 62.60; H, 5.55; N, 4.06. Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃, 300.13 МГц, , м.д.): 1.22, 1.38 (2 с, по 3 H, 2 Me), 3.19, 3.68 (2 d, J²_H,H = 19.4 Hz, по 1 H, CH₂), 3.65, 3.86 (2 c, по 3 H, 2 OMe), 7.27-7.38 (m, 3 H), 7.58-7.61 (m, 2 H, Ph). Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃ 75.48 МГц, , м.д.): 19.3, 25.4 (2 Me), 44.2 (CH₂), 51.8, 53.2 (2 OMe), 71.5 (CMe₂), 75.5 (CPh), 113.3 (=C-COOMe), 125.9, 128,4 (o,m-Ph), 127.9 (p-Ph), 143.3 (i-Ph), 152.3 (=C(COOMe)-O), 159.0, 162.1 (2 COOMe), 213.4 (C=O).

Выводы

Таким образом, показано, что реакция производных пирролин-1-оксида с DMAD протекает исключительно по пути 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием производных диметиловых эфиров 3a,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-b]изоксазол-2,3-дикарбоновых кислот, продуктов присоединения по активированной ацетиленовой углерод-углеродной связи не обнаружено.

Литература

[1] В.А. Резников, Л.А. Вишнивецкая, Л.Б. Володарский, Изв. АН СССР, Сер. хим. 1990. №2. С.395.

[2] В.А. Резников, Л.Б. Володарский, Изв. АН СССР, Сер. хим. 1990. С.390.

[3] В.А. Резников, Л.Б. Володарский, ХГС. 1991. №7. С.912.

[4] V.A. Reznikov, Ovcharenko I.V., Pervukhina N.V., Ikorskii V.N., Grand A., Ovcharenko V.I., Chem. Comm. 1999. P.539.

[5] В.А. Резников, Л.Б. Володарский, Т.В Рыбалова, Ю.В. Гатилов, Изв. РАН, Сер. хим. 2000. №1. С.103.

[6] E.M. Beccali, A. Marchesini, M.L. Gelmi, T. Pilati, J.Org.Chem. 1987. Vol.52. №9. P.1666.

[7] S.A. Popov, N.V. Chukanov, G.V. Romanenko, T.V. Rybalova, Y.V. Gatilov, V.A. Reznikov. J. Heterocycl. Chem. 2006. Vol.43. P.277.

[8] В.А. Резников, Л.Б. Володарский. ХГС. 1990. №7 С.921.

Размещено на Allbest.ru