CC BY
42
1,3,4,6-ТЕТРАКАРБОНИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ. СООБЩЕНИЕ 2. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ 1,6-ДИАЛКИЛПРОИЗВОДНЫХ 1,3,4,6-ТЕТРАОКСОГЕКСАНА
Козьминых Елена Николаевна д-р фарм. наук, профессор кафедры химии Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета, РФ, г. Пермь
E-mail: lena. kozminih@yandex. ru Муковоз Пётр Петрович канд. хим. наук, старший научный сотрудник Института клеточного и внутриклеточного симбиоза Оренбургского отделения УрО РАН, РФ,
г. Оренбург E-mail: mpp2 [email protected] Козьминых Владислав Олегович д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой химии Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета, РФ, г. Пермь
E-mail: [email protected]
1,3,4,6-TETRACARBONYL SYSTEMS IN CHEMISTRY AND CHEMICAL TECHNOLOGY. PART 2. PREPARATION AND FINE STRUCTURE INVESTIGATION OF 1,3,4,6-TETRAOXOHEXANE 1,6-DIALKYL
DERIVATIVES
Elena Kozminykh
doctor of Pharmaceutical Sciences, Professor of the Chemical Section of Perm State
Humanitarian Pedagogical University, Russia, Perm
Peter Mukovoz
candidate of Chemical Sciences, Senior Scientific Collaborator of Institute for Cellular and Intracellular Symbiosis of Orenburg Section of the Urals Division of
Russian Academy of Sciences, Russia, Orenburg
Vladislav Kozminykh
doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of the Chemical Section of Perm State
Humanitarian Pedagogical University, Russia, Perm
Исследование выполнено в рамках проектов РФФИ № 15-03-05492 и № 1503-08038.
АННОТАЦИЯ
1,6-Диалкилпроизводные 1,3,4,6-тетраоксогексана (3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионы) получены конденсацией Клайзена алкилметилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии метилата натрия. С помощью спектральных методов исследования выявлены семь таутомерных форм, обсуждаются
Created by DocuFreezer | www.DocuFreezer.com |
кольчато-цепные и кольчато-кольчатые интерконверсии в растворах синтезированных тетракетонов.
ABSTRACT
1,3,4,6-Tetraoxohexane 1,6-dialkyl derivatives (3,4-dihydroxy-2,4-hexadiene-1,6-diones) are prepared by the Claisen condensation of alkyl methyl ketones with diethyl oxalate in presence of sodium methylate. Seven tautomers are found out by spectral investigation, and ring-chain or ring-ring interconversions in solutions of synthesized tetraketones are discussed.
Ключевые слова: Конденсация Клайзена; алкилметилкетоны; диэтилоксалат; 1,6-диалкилпроизводные 1,3,4,6-тетраоксогексана (3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионы); таутомерные формы; цепные и кольчатые интерконверсии.
Keywords: Claisen condensation; alkyl methyl ketones; diethyl oxalate; 1,3,4,6-tetraoxohexane 1,6-dialkyl derivatives (3,4-dihydroxy-2,4-hexadiene-1,6-diones); tautomeric forms; chain and ring interconversions.
1,3,4,6-Тетракарбонильные системы (ТКС) успешно используются в синтетической органической химии и химической технологии [2—10]. В первом сообщении серии «1,3,4,6-Тетракарбонильные системы в химии и химической технологии» нами были представлены результаты квантово-химических расчётов двух линейных и одной кольчатой таутомерных форм начального представителя 1,3,4,6-тетракарбонильных систем — октан-2,4,5,7-тетраона [6].
В настоящей работе описана технология получения 1,6-диалкилпроизводных 1,3,4,6-тетраоксогексана (3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов) конденсацией Клайзена алкилметилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии метилата натрия и обсуждаются особенности строения тетракетонов в твёрдом состоянии и растворах.
Сложноэфирная конденсация Клайзена арилметилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии оснований приводит к образованию 1,6-диарилпроизводных 1,3,4,6-тетраоксогексанов [2; 3; 10]. Среди известных ТКС до наших исследований наименее изученными оставались 1,6-диалкилпроизводные, особенности строения которых ранее не обсуждались. Сведения о 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанах ограничивались краткими данными по синтезу соединений, имеющих в своём составе одинаковые алкильные заместители [5].
С целью получения и исследования строения алкилпроизводных ТКС нами проведена реакция алкилметилкетонов с диэтилоксалатом и метилатом натрия при соотношении реагентов 2:1:2 с последующим подкислением реакционной смеси, в результате чего с удовлетворительными выходами получены 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексаны 1а^ (рис. 1, табл. 1). С помощью спектральных методов у соединений 1а^ обнаружено несколько таутомерных форм А-Г (рис. 1, табл. 2).
1,6-Диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексаны 1а^ в твёрдом состоянии и неполярных растворах (например, хлороформе) находятся полностью (твёрдая фаза) или преимущественно (раствор) в линейной диоксодиенольной форме В. Это хорошо согласуется с имеющимися литературными данными по 1,6-диарилпроизводным 1,3,4,6-тетракетонов [2; 10]. Так, в ИК спектрах кристаллов соединений 1 широкая полоса карбонильных групп, связанных в два сопряжённых ОЯ-хелатных кольца, наблюдается в низкочастотной области — не более 1600 см-1.
Ме ею +
О
^^ +
V
О
1
МеО^ Ме 2
НС1
ОО
- ИОН
О О 1 а-а А
ОО
^Н О О
ы.
О
ы2
О .О Н^ Б
О О Н
я1^2)' О
е
СНСОЫ
2(1)
С1
2
(Ы =С2Н5, ы =С3Н7)
ОН
С2 И1
12 (ы =С3Н7, ы =С2Н5)
Н1^2)' О
к
СНСОы
R1=R2=CHз (1a); R1=R2=C2H5 (1Ь); R1=R2=CзH7 (1c); R1=C2H5, R2=CзH7 (1d)
Рисунок 1. Получение, структурное разнообразие и таутомерия 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанов (1а-й)
Характеристическим маркерным сигналом в спектрах ЯМР ^ соединений снятых в дейтерохлороформе, является синглет метинового протона ^2,5^ преобладающей формы B, находящийся в узком интервале значений химических сдвигов — 6,33—6,34 м.д. (табл. 2).
В полярных растворах (ацетоне, диметилсульфоксиде — ДМСО) у соединений судя по данным спектроскопии ЯМР 1Н, присутствует или
количественно преобладает (ДМСО) кольчатая оксофурановая форма С, находящаяся в подвижном кольчато-цепном таутомерном равновесии с линейной формой В. В случае 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанов с различающимися алкильными заместителями (соединение Ы) в растворе ДМСО-<^ имеются обе возможные кольчатые формы С1 и С2 (рис. 1). Кольчато-кольчатая интерконверсия между формами С1 и С2 осуществляется через линейную форму В (С1 В С2). Наличие этой интерконверсии согласуется с литературными данными [1; 11].
Таблица 1.
2
О
О
^(К2)
Характеристики 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанов (1,6-диалкил-3,4-__дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов) (1я^)_
Соеди Заместители Выход, % Брутто-формула (мол. масса)
-нение R1 R2 Т. пл., °С
1а Ш3 № 118—120 (лит.: 122—123 [5]) 34 C8HloO4 (170,16)
1Ь C2H5 C2H5 76—78 (лит.: 75—76 [5]) 33 С10Н14О4 (198,22)
1с C3H7 C3H7 58—60 43 С12Н18О4 (226,27)
1d C2H5 C3H7 103—105 37 С11Н16О4 (212,24)
Таблица 2.
Сигналы маркерных протоносодержащих групп в спектрах ЯМР ХН (б, ___м.д., ТМС) соединений _
Соединения (ф°р- мы) Раств о-рител ь Химический сдвиг, 5, м.д. ТМС (формы)
СН2 с (А) С(2,5)-Н с (В) СН2 два д (С) С(4) Н с (С) СН2 с (D) С(2)-Н с (О) СН2 два д (Е) СН-СО- я1(2) с (Е) С(4) Н с (Г) СН-СО- я1(2) с (Г)
1a-d (A) СБС1э 3,90
ДМС О-ёв 4,02
(B, D) СБС1э 6,336,34
ДМС О-ёв 6,436,44 4,024,07 6,286,30
1a-d (A, С) ДМС О-ёв 2,932,94 5,525,53
(СБэ)2 СО 4,01 2,97 5,41
1a, Ь, d (E) СБС1э 3,74 5,38
ДМС О-ёв 3,944,05 5,215,22
1с, d (Г) СБС1э 5,175,18 6,226,24
Таким образом, соединения 1а^ представлены двумя отличающимися друг от друга классами структур — линейной В и кольчатой С. Кроме преобладающих форм В и С в спектрах ЯМР 1Н тетракетонов 1а^ также обнаружены минорные таутомерные формы A, D, E, F в количестве не более 3%, причём форма F обнаружена в дейтерохлороформе (табл. 2).
Сигналы одноименных протоносодержащих групп (парных этильных, пропильных, метиновых, метиленовых) в спектре ЯМР 1Н соединения 1d, записанного в ДМСО-^ (два региоизомера С1и С2), являются магнитно эквивалентными и не отличаются по химическому сдвигу. Этот факт является неожиданным, но сравнительно незначительные отличия в значениях индуктивных эффектов этильной 6,30) и пропильной (+! 6,68) групп позволяют судить об отсутствии существенного влияния на положение основных маркерных протонов в структурах С1 и С2 (табл. 2).
Экспериментальная химическая часть
ИК спектры тетракетонов 1 записаны на спектрофотометре "Инфралюм ФТ-02" в пасте твёрдого вещества в вазелиновом масле. Спектры ЯМР ^ соединений 1 получены на приборе "MERCURYplus-300" (300,05 МГц) в ДМСО^б и СDQ3, внутренний стандарт — тетраметилсилан (ТМС). Протекание реакций контролировалось, а индивидуальность полученных веществ подтверждена методом ТСХ на пластинках Silufol иУ-254 в системе гексан-ацетон, 3:1, хроматограммы проявлены парами йода. Константы и выходы соединений ^^ приведены в табл. 1, а спектральные характеристики — в табл. 2.
Общая методика получения 1,6-дизамещённых 3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов (1a-d).
К 100 мл метанола, предварительно перегнанного над натрием, добавляют порциями 1,15 г (50 ммоль) натрия, метанол отгоняют, к сухому метилату натрия добавляют 150 мл абсолютного диэтилового эфира, при охлаждении и перемешивании прибавляют по каплям смесь 3,7 мл (50 ммоль) ацетона (для синтеза соединения 1а), 4,4 мл (50 ммоль) бутанона (для синтеза соединения 1Ь), 5,3 мл (50 ммоль) 2-пентанона (для синтеза соединения 1с) или 2,2 мл (25 ммоль) бутанона и 2,7 мл (25 ммоль) 2-пентанона (для синтеза соединения Ы), 3,4 мл (25 ммоль) диэтилоксалата и нагревают 0,5—2 часа. Осадок отфильтровывают, добавляют при перешивании и охлаждении 15 мл 15 %
соляной кислоты, продукт кристаллизуют из этилацетата. Получают бесцветные кристаллы соединений 1a-d.
(3Д52)-4,5-Дигидроксиокта-3,5-диен-2,7-дион (1a). Выход 2,35 г (34 %), т. пл. 118-120 °С (лит.: 122—123 °С [5]). Найдено, %: С 56,72; Н 6,24. С8Н10О4. Вычислено, %: С 56,47; Н 5,92.
(4Д62)-5,6-Дигидроксидека-4,6-диен-3,8-дион (1b). Выход 1,90 г (33 %), т. пл. 76—78 °С (лит.: 75—76 °С [5]). Найдено, %: С 60,87; Н 7,45. C10H14O4. Вычислено, %: С 60,59; Н 7,11.
(5Д72)-6,7-Дигидроксидодека-5,7-диен-4,9-дион (1с). Выход 4,0 г (43 %), т. пл. 58—60 °С. ИК спектр, v, см-1 (форма В): 3253 (ОН хелат), 3097 (CH), 2962 Vas (CH3), 2932 vas (CH2), 2896 vs (CH3), 2872 vs (CH2), 1556 шир. (С(1,6)=0 хелат),
1460 Sas (CH3), 1397 §крутильные №), 1353 5s (CH3), 1285 5веерные (CH2), 1142, 1094, 1070, 1036, 942, 903, 873 V«*™ (C-C), 793 5маятниковые (CH3), 579 Улетные (C-C). Найдено, %: С 63,92; Н 8,33. C12H1804. Вычислено, %: С 63,69; Н 8,02.
(4Д62)-5,6-Дигидроксиундека-4,6-диен-3,8-дион (1d). Выход 1,70 г (37 %), т. пл. 103—105 °С. Найдено, %: С 62,44; Н 7,71. C11H1604. Вычислено, %: С 62,25; Н 7,59. ИК спектр, v, см-1 (форма В): 3250 (OH хелат), 3098 (CH), 2963 Vas (CH3), 2924 Vas (CH2), 2873 Vs (CH3), 2853 Vs (CH2), 1556 шир. (С(1,6)=0хелат),
1461 5as (CH3), 1399 §крутильные (CH2), 1375 5s (CH3), 1288 5веерные (CH2), 1137, 1092,
1047, 1000, 875, 801 "Ускелетные (C-C), 783 5маятниковые (CH3), 573 "Ускелетные (C-C).
Список литературы:
1. Зеленин К.Н., Алексеев В.В., Пихлайя К., Овчаренко В.В. Молекулярный дизайн таутомерных интерконверсий гетероциклов // Известия Академии Наук. Серия химичесская. — 2002. — № 2. — С. 197—212.
2. Игидов Н.М., Козьминых Е.Н., Софьина O.A., Широнина T.M., Козьминых В.О. 1,3,4,6-Тетракарбонильные соединения. Синтез, особенности строения и противомикробная активность 1,6-диарил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов // Химия гетероциклических соединений. — 1999. — № 11. — С. 1466—1475.
3. Кириллова Е.А., Муковоз П.П., Виноградов А.Н., Козьминых В.О., Дворская О.Н. Синтез, особенности строения и таутомерия 1,6-дизамещённых 3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. Иваново: ИГХТУ, — 2011. — Т. 54. — № 4. — С. 18—22.
4. Козьминых В.О. Современные достижения в химии и химической технологии активированных ОД-гетеро-1,3-диеновых систем: синтез, строение 1,3,4,6-тетракарбонильных ^единений и их производных // Технические науки - от теории к практике. Материалы XIX международной заочной науч.-практ. конф., Новосибирск, 20 марта 2013 г. Новосибирск: изд-во "СибАК", — 2013. — № 19. — С. 96—108.
5. Козьминых В.О., Гончаров В.И., Козьминых Е.Н. Конденсация Клайзена метилкетонов с диалкилоксалатами в синтезе биологически активных карбонильных соединений (обзор, часть 3) // Вестник Оренбургского гос. ун-та. Оренбург, — 2007. — Вып. 5 (69). — С. 138—148.
6. Козьминых В.О., Круглова А.А., Голуб Е.Е. 1,3,4,6-Тетракарбонильные системы в химии и химической технологии. Сообщение 1. Квантово-химические расчёты молекулы октан-2,4,5,7-тетраона // Технические науки — от теории к практике. Сборник статей по материалам XXXIX международной науч.-практ. конф., Новосибирск, 22 октября 2014 г. Новосибирск: изд-во "СибАК", — 2014. — № 10 (35). — С. 134—145.
7. Козьминых В.О., Муковоз П.П., Козьминых Е.Н. Современное состояние и перспективы исследования ОД-гетеро-1,3-диеновых систем, сопряжённых с карбонильными акцепторами, их линейных и кольчатых производных: диенолов 1,3,4,6-тетраоксосистем, оксалильных аналогов поликетидов, оксоилиденпроизводных пятичленных оксогетероциклов // Вестник Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета. Серия № 2. Физико-математические и естественные науки. Электронный научный журнал. Пермь: изд-во ПГГПУ, — 2013. — Вып. 1. — С. 90—103
[Электронный ресурс]. — Режим доступа. — URL: http://vestnik2.pspu.ru/Series2 2014 1.pdf (дата обращения 19.10.2014).
8. Муковоз П.П., Тарасова В.А., Козьминых В.О. Синтез и особенности строения метиловых эфиров 3,4,6-триоксоалкановых кислот // Журнал органической химии. — 2014. — Т. 50. — № 11. — С. 1698—1700.
9. Andreeva V.A., Gorbunova A.V., Mukovoz P.P., Ganebnykh I.N., Kruglova A.A., Kozminykh V.O. Synthesis of ligands based on 1,3,4,6-tetraoxo systems for the three nuclear metal-chelate coordination // Chemical Physics of Molecules and Polyfunctional Materials. Russian-Japanese Conference. Proceedings. Orenburg, 29—31 October 2014. Orenburg: OOO IPK "Universitet", 2014. — P. 92.
10. Poje M., Balenovic K. 3(2#)-Furanone derivatives. Ring-chain tautomerism in the 1,3,4,6-tetraketone series // Journal of Heterocyclic Chemistry. — 1979. — Vol. 16. — № 3. — Р. 417—420.
11. Zelenin K.N., Alekseyev V.V. Tautomeric interconversions of heterocyclic derivatives // Targets in Heterocyclic Systems. — 1997. — Vol. 1. — P. 83— 116.
