Научная статья на тему '2,4-динитродифениловый эфир в синтезе производных 1,5-динитро-3-азабицикло-[3. 3. 1]нон-6-енов'

2,4-динитродифениловый эфир в синтезе производных 1,5-динитро-3-азабицикло-[3. 3. 1]нон-6-енов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
115
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Титов М. А., Шахкельдян И. В., Атрощенко Ю. М., Кобраков К. И., Шумский А. Н.

Разработан способ получения нитросоединений, содержащих 3-азаби-цикло[3.3.1]нонановый фрагмент. Синтезирован ряд 3-замещенных 6-фенокси-1,5-ди-нитро-3-азабицикло[3.3.1]нон-6-енов восстановлением 2,4-динитро-дифенилового эфира тетрагидридоборатом натрия и последующей реакцией Манниха с формальдегидом и первичными аминами. Строение синтезированных соединений изучено методами ИК и ЯМР 1Н и 13С спектроскопии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Титов М. А., Шахкельдян И. В., Атрощенко Ю. М., Кобраков К. И., Шумский А. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

2, 4 -DINITRODIPHENYL ETHER IN THE SYNTHESIS OF 1, 5 - DINITRO -3 - AZABICYCLO [3.3.1] NONE - 6 - ENES DERIVATIVES

Novel method of nitrocompounds containing 3-azabicyclo[3.3.1]nonane fragment obtaining has been proposed. The series of 3-substituted 6-phenoxy-1,5-dinitro-3-azabicyclo[3.3.1]none-6-enes was synthesized by 2,4-dinitro-diphenyl ether reduction with sodium tetrahydroborate followed by Mannich reaction with formaldehyde and primary amines. The structure of the compounds obtained was confirmed by IR spectroscopy and 1Н and 13С NMR spectroscopy.

Текст научной работы на тему «2,4-динитродифениловый эфир в синтезе производных 1,5-динитро-3-азабицикло-[3. 3. 1]нон-6-енов»

УДК 547.255.1 + 547.882.7

М.А. Титов, И.В. Шахкельдян, Ю. М. Атрощенко, К.И. Кобраков, А.Н. Шумский,

И.Е. Якунина, А.С. Володина

2,4-ДИНИТРОДИФЕНИЛОВЫЙ ЭФИР В СИНТЕЗЕ ПРОИЗВОДНЫХ 1,5-ДИНИТРО-3-АЗАБИЦИКЛО [3.3.1]НОН-6-ЕНОВ

(Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого)

e-mail: reaktiv@tspu.tula.ru

Разработан способ получения нитросоединений, содержащих 3-азаби-цикло[3.3.1]нонановый фрагмент. Синтезирован ряд 3-замещенных 6-фенокси-1,5-ди-нитро-3-азабицикло[3.3.1]нон-6-енов восстановлением 2,4-динитро-дифенилового эфира тетрагидридоборатом натрия и последующей реакцией Манниха с формальдегидом и первичными аминами. Строение синтезированных соединений изучено методами ИК и ЯМР1Н и 13С спектроскопии.

Одна из задач современной органической синтетической химии - получение новых структур, - аналогов природных соединений, обладающих биологической активностью. К числу последних можно, без сомнения, отнести и 3-азабицикло[3.3.1]нонаны, которые уже нашли широкое применение в терапевтической практике при лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта и т.д. Наряду с этим, 3-азабицикло[3.3.1]нонаны широко используются в качестве средств защиты растений, ингибиторов коррозии, различного рода добавок, стабилизаторов для высокомолекулярных соединений [1,2].

Ранее нами была разработана методика получения 3-азабицикло[3.3.1]нонанов исходя из ароматических динитросоединений [3]. В качестве модельного субстрата в настоящей работе был использован 2,4-динитродифениловый эфир (1), который ранее не применялся для синтеза подобных соединений. Из литературных данных известно, что под действием оснований активированные нитродифенилоксиды легко вступают в реакции нуклеофильного замещения с отщеплением арилоксигрупп [4]. В связи с этим, интересным было проверить, могут ли нитропроизводные мостиковых дифенильных систем быть субстратами в исследуемой реакции.

Синтез 1,5 -динитро-3 -Я-б-фенокси-3 -азабицикло[3.3.1]нон-6-енов представлен на схеме. При действии тетрагидридобората натрия на раствор 2,4-динитродифенилоксида в смеси растворителей ТГФ-этанол-вода появляется ярко-фиолетовая окраска, указывающая на образование промежуточного гидридного моноаддукта. Реакционную смесь выдерживали при температуре 1015 °С в течение 15 минут до перехода окраски от фиолетовой до оранжевой, что свидетельствует о

присоединении второго эквивалента гидрид-иона к субстрату с образованием диаддукта (2). Затем добавляли раствор, состоящий из формалина и соответствующего амина, интенсивно перемешивали 10 минут и нейтрализовали реакционный раствор 20%-ной ортофосфорной кислотой до рН 6.

Следует отметить, что по окончании синтеза в реакционной системе продукты гидролиза 2,4-динитродифенилоксида обнаружены не были. Данный экспериментальный факт указывает на то, что в выбранных условиях синтеза, т.е. при температуре не выше 10-15 °С, даже в присутствии активного щелочного агента, динитродифенилок-сидная система не гидролизуется. Полученные результаты согласуются с данными работы [4], в которой сообщается, что 2,4-динитродифенил-оксид подвергается щелочному гидролизу при более высокой температуре.

Состав и строение полученных 3-азаби-циклононанов были доказаны данными ИК, ЯМР :Н и 13С спектроскопии. В ИК-спектрах анализируемых соединений наблюдаются полосы поглощения, свидетельствующие в пользу предполагаемых структур. Так, например, в спектрах синтезированных соединений наблюдаются интенсивные полосы поглощения в областях 1345-1360 и 1540-1570 см-1, соответствующие симметричным и антисимметричным колебаниям нитро-групп, а колебания связей С-Н проявляются при 2930-3100 см-1. Дополнительно наблюдаются полосы поглощения в области 1128 см-1 (V С-О). В спектре вещества 3е СООН-группа идентифицируется по поглощению при 2500 и 3300 (V О-Н) и 1720 см-1 (V С=0).

В спектрах ЯМР 1Н растворов синтезированных соединений сигналы протонов фенильной группы наблюдаются в слабом поле (5 7.0-8.0 м.д.) в виде дублета и двух триплетов с константой

спин-спинового взаимодействия ,/ ~ 8.0 Гц. Отметим, что анализ записанных спектров исследуемых соединений, несмотря на высокую разрешающую способность спектрометров, осложняется неэквивалентностью всех протонов бицикличе-ской системы, которые поглощают в достаточно узкой области спектра (5 2.5-3.5 м.д.). Кроме того, сигналы кольцевых протонов часто дополнительно расщеплены, что связано с их способностью к дальнему взаимодействию через четыре связи при условии их расположения в одной плоскости (Ж-взаимодействие).

no2

Я=СН3 (3а), С2Н5 (3Ь), С3Н8 (3с), ьС3Н8 (3а), СН2СООН (3е).

Наблюдаемая в спектрах ЯМР :Н 1,5-динитро-3 -Я-б -фенокси-3 -азабицикло[3.3.1]нон-б-енов 3а-е разница в химических сдвигах экваториальных протонов гетероцикла Н2е и Н4е (А5 ~ 0.20.4 м.д.) объясняется неэквивалентностью 1- и 5-КО2-групп, отличающихся углом поворота относительно бицикла [5]. В результате протоны Н2 и Н испытывают различное дезэкранирующее действие диполей соседних нитрогрупп. Расстояние между сигналами аксиальных и экваториальных протонов Н2, Н4 , Н9 в спектрах ЯМР :Н изменяется в следующем ряду А52ае> А54ае > А59ае и слабо зависит от природы заместителя при гетероатоме, что больше согласуется с его экзо-ориентацией.

Однако в соединении 3е с заместителем при атоме азота, содержащим в а-положении де-зэкранирующую СООН-группу, аксиальные протоны Н2а и Н4а испытывают значительный парамагнитный сдвиг. Вывод об экваториальной ориентации заместителя при атоме азота предполагает транс-расположение неподеленной электронной пары гетероатома и аксиальных протонов Н2а и Н а, что доказывается их смещением в сильное поле по отношению к экваториальным протонам Н2е и Н4е. Для дальнейшего подтверждения строения синтезированных соединений были записаны их спектры ЯМР 13С, которые также согласуются с предложенной структурой. Атомы углерода связи С=С (С6, С7) поглощают в области 5С 154-164 и 106-116 м. д., соответственно. Сигналы атомов углерода, связанных непосредственно с электро-ноакцепторными нитрогруппами (С1, С5) или ге-тероатомом (С2, С4), смещены в слабое поле и об-

наруживаются в области 5С 83-96 и 53-72 м. д., соответственно.

Таким образом, реакцией Манниха гид-ридного аддукта 2,4-динитродифенилоксида с формальдегидом и первичными аминами синтезированы 1,5-динитро-3 -R-6-фенокси-З -азабицикло-[3.3.1]нон-6-ены, структура которых доказана методами ИК и ЯМР 1Н, 13С спектроскопии.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ИК спектры (вазелиновое масло или пленка из ацетона) записаны на спектрофотометре Specord 75IR. Спектры ЯМР зарегистрированы на спектрометре Bruker DRX-500 в ДМСО-Jg внутренний стандарт - ГМДС. Температуры плавления соединений измеряли на нагревательном столике Boetius. Чистоту и индивидуальность полученных соединений контролировали методом ТСХ на пластинах Silufol UV-254, элюент толуол-гексан-ацетон, 4:1:1 (по объему), детектирование УФ светом.

Исходный 2,4-динитродифенилоксид получали по методике [6].

Общая методика получения 1,5-ди-нитро-3-К-6-фенокси-3-азабицикло[3.3.1]-нон-6-енов (3а-е). 1.04 г (0.004 моль) 2,4-динитро-дифенилового эфира растворяли в смеси 5 мл ТГФ, 3 мл этанола и 5 мл воды. При перемешивании и охлаждении ледяной водой добавляли 0.61 г (0.016 моль) NaBH4 (в течение 10 мин), затем перемешивали еще 5...10 мин. Температуру реакционной смеси поддерживали в пределах +10...+15°С. После окончания восстановления приливали охлажденный раствор 2.3 мл 30%-ного формалина (0.024 моль) и 0.012 моль соответствующего амина в 20 мл воды и подкисляли 20%-ной ортофосфорной кислотой до рН 6. Продукт экстрагировали толуолом, экстракт сушили безводным хлоридом кальция, затем растворитель отгоняли в вакууме. Остаток хроматографировали на колонке с силикагелем (АСКТ) (элюент - толуол), затем кристаллизовали из этанола.

1,5-Динитро-3-метил-6-фенокси-3-азаби-цикло[3.3.1]нон-6-ен (3а). Т. пл. 99-100°С. Выход, %: 66. Rf=0.73. Бесцветные кристаллы. ИК спектр (см-1): 3100 (СНаром), 2932, 2850 (СН^ф), 1692 (С=С), 1547 (vas NO2), 1345 (vs NO2), 1128 (C-O). Спектр ЯМР 1Н (500.13 МГц, ДМСО, 5, м.д., J, Гц): 7.34 т (2Н, Нм,31=8.10 Гц), 7.14 т (1Н, Нп, 3J=8.10 Гц), 7.04 т (2Н, Но, 3J=8. 10 Гц), 5.25 д.д (1Н, Н7, 3J=6.25 Гц, 3'J=1.97 Гц), 3.53 д (1H, Н4е, 2J=11.16 Гц), 3.37 д (1H, H 2е, 2J=10.5 Гц), 3.35 д (1Н, Н9е, 2J=11.6 Гц), 2.85 д.д (1H, Н8е, 2J= 17.72 Гц, 3J=1.97 Гц), 2.74 д.д (1Н, Н8а, 2J=17.72 Гц, 3J=6.25 Гц), 2.57 д (1H, H9e, 2J=11.60 Гц), 2.49 д (1H, Н2а, 2J=10.50 Гц), 2.47 д

+

R

3a-e

(1Н, Н4а, 2J=11.16 Гц), 2.53 с (3H, N-CH3). ЯМР 13С спектр (125.76 МГц, ДМСО- d6, 5, м.д.): С1 (83.67), С2 (62.54), С4 (55.68), С5 (86.71), С6 (155.12), С7

(107.20), С8 (33.81), С9 (37.66), NŒ3 (44.27), и (147.35), м (129.77), п (124.19), о (118.93). Найдено, %: С 56.72, 56.73; Н 5.30, 5.41; N 13.10, 13.25. C15H17N3O5. Вычислено, %: С 56.42; Н 5.33; N13.16.

1,5-Динитро-3-этил-6-фенокси-3-азаби-цикло[3.3.1]нон-6-ен (3b). Т. пл. 73-75 °С. Выход, %: 69. Бесцветные кристаллы. ИК спектр (см-1): 3000 (СНаром), 2790, 2850 (СНалиф),1692 (С=С), 1547 (vas N02), 1345 (vs NO2), 1128 (C-O). Спектр ЯМР 1Н (500.13 МГц, ДМСО, 5, м.д., J Гц): 4.93 д.д (1Н, Н7, 3J=5.25 Гц, 3 J3.28 Гц), 3.60 д (1H, H4е, 2J=10.5 Гц), 2.53 д (1Н, Н4а, 2J= 10.5 Гц), 3.39 д (1H, Н2е ,2J=10.0 Гц), 3.35 дт (1H, Hr9e, 2J=11.15 Гц, 3J=1.96 Гц), 2.83 д.д (1Н, Hr8e, 2J=17.72 Гц, 3J=3.28 Гц), 2.72 д.д (1H, Н8а, 2J=17.72 Гц, 3J=5.25 Гц), 2.51 д (1Н, Н9а, 2J= 11.5), 7.33 т (2Нм), 7.14 т (Нп), 7.03 д (2Но, 3J=7.22 Гц), 2.71 к (2Н, СН2, 3J=722 Гц), 1.18 т (ЗН, СН3, 3J=7.22 Гц). ЯМР 13С спектр (125.76 МГц, ДМСО- d6, 5, м.д.): С1 (83.79), С2 (60.54), С4 (53.12), С5 (86.96), С6 (155.26), С7 (107.65), С8 (33.80), С9 (38.09), NŒ2 (50.27), СН3 (11.61), и (147.28), м (129.93), п (124.30), о (118.96). Найдено, %: С 57.42; Н 5.30; N 12.10. С^Н^О5. Вычислено, %: С 57.66; Н 5.71; N 12.61.

1,5-Динитро-3-пропил-6-фенокси-3-аза-бицикло[3.3.1]нон-6-ен (3c). Т. пл. 83-85°С. Выход, %: 51. Rf=0.78. Бесцветные кристаллы. ИК спектр (см-1): 3000 (СНаром), 2932, 2850 (СНалиф) 1692 (С=С), 1547 (vas NO2), 1345 (vs NO2), 1128 (CO). Спектр ЯМР 1H (500.13 МГц, ДМСО, 5, м.д., J, Гц): 7.34 т (2Н, Нм, 3J=8.10 Гц), 7.14 т (1Н, Нп, 3J=8.10 Гц), 7.04 т (2Н, Но, 3J=8.10 Гц), 5.25 д.д (1Н, Н7, 3J=6.25 Гц, 3J=1.97 Гц), 3.53 д (1H, Н4е, 2J=11.16 Гц), 3.37 д (1H, H2e, 2J=10.5 Гц), 3.35 д (1Н, Н9е, 2J=11.6 Гц), 2.85 д.д (1H, Н8е, J=17.72 Гц, 3J= 1.97 Гц), 2.74 д.д (1Н, H8a, 2J=17.72 Гц, 3J=6.25 Гц), 2.57 д (1Н, Н9а, 2J=11.60 Гц), 2.49 д (1Н, H2a, 2J=10.50 Гц), 2.47 д (1Н, Н4а, 2J=11.16 Гц), 2.53 с (ЗН, N-СНз). ЯМР 13С спектр (125.76 МГц, ДМСО- d6, 5, м.д.): С1 (83.81), С2 (60.72), С4 (53.89), С5 (86.86), С6 (155.00), С7 (106.86), С8 (33.86), С9 (38.18), NŒ2 (57.78), СН2 (19.33), СН3 (11.46), и (147.56), м (129.90), п (124.43), о

(119.21). Найдено, %: С 56.72, 56.73; Н 5.30, 5.41; N 13.10, 13.25. C15H17N3O5. Вычислено, %: С 56.42; Н 5.33; N13.16.

1,5-Динитро-3-изопропил-6-фенокси-3-азабицикло[3.3.1]нон-6-ен (3d). Т. пл. 89-91 °С. Выход, %: 49. Бесцветные кристаллы. ИК спектр (см-1): 3100 (СНаром), 2929, 2827 (СНалиф), 1692

(С=С), 1547 (vas NO2), 1345 (vs NO2), 1128 (C-O). Спектр ЯМР 1H (500.13 МГц, ДМСО, 5, м.д., J Гц): 4.93 д.д (1Н, Н7, 3J=5.25 Гц, 3J=3.28 Гц), 3.60 д (1H, Н4е, 2J=10.5 Гц), 2.53 д (1Н, Н4а, 2J^=10.5 Гц), 3.39 д (1H, Н2е, 2J=10.0 Гц), 3.35 дт (1Н, Н9е, 2J= 11.15 Гц, J=1.96 Гц), 2.83 д.д (1H, Н8е, 2J=17.72 Гц, 3J=3.28 Гц), 2.72 д.д (1H, Н8а, 2J=17.72 Гц, 3J=5.25 Гц), 2.51 д (1H, Н9а 2J=11.5), 7.33 т (2Нм), 7.14 т (Нп), 7.03 д (2Но, 3J=7.22 Гц), 2.71 к (2Н, СН2, 3J=7.22 Гц), 1.18 т (3Н, СН3, 3J=7.22 Гц). ЯМР 13С спектр (125.76 МГц, ДМСО- d6, 5, м.д.): С1 (83.81), С2 (56.86), С4 (53.46), С5 (87.08), С6 (154.89), С7 (106.97), С8 (33.73), С9 (38.26), NŒ (49.93), СН3 (17.89), СН3 (17.98), и (147.31), м (129.77), п (124.26), о (119.04). Найдено, %: С 57.42; Н 5.30; N 12.10. ^^N305. Вычислено, %: С 57.66; Н 5.71; N 12.61.

3-(1,5-Динитро-6-фенокси-3-азабицикло-[3.3.1]нон-6-ен-3-ил)пропановая кислота (3e). Т. пл. 129-130° С. R=0.59. Выход, %: 76. ИК спектр, v, (см-1): 1546 vas(N02), 1349, 1370 vs(N02), 1713 (C=0), 1638 (C=C), 2837, 2933 (СНалиф), 3100 (СНаром). ЯМР 1Н спектр (500.13 МГц, ДМСОА 5, м.д.): 12.22 ш.с (1Н, СООН), 4.98 д.д (1Р, Н7, 3J=4.26 Гц; 3J 3.10 Гц), 3.37 д (1Н, Н^, 2J^=10.15 Гц), 2.61 д (1Н, Н4а, 2J=10.15 Гц), 3.35 д (1H, Н2е, 2J=10.70 Гц), 2.79 д (1Н, Н2а, 2J=10.70 Гц), 3.17 д (1H, Н9е, 2J=10.98 Гц), 2.81 д (1H, Н9а, 2J^=10.98 Гц), 2.87 д.д (1Н, Н8е, 2J=18.66 Гц; 3J=3.1 Гц), 2.65 д.д (1Н, Н8а, 2J= 18.66 Гц; 3J=4.26 Гц), 2.91 м, 2.83 м (2Н°), 2.48 т (2НР, 3J=6.31 Гц), 7.38 т (2Нм, 3J=7.68 Гц), 7.16 т (1Нп, 3J=7.68 Гц), 7.03 д (2Н0,^=7.68 Гц). ЯМР 13С спектр (125.76 МГц, ДМСО- d6, 5, м.д.): С1 (93.73), С2 (63.72), С4 (72.68), С5 (96.77), С6 (164.50), С7 (116.78), С8 (43.62), С9 (47.92), Са (61.68), Ср (41.78), СООН (183.21), и (157.31), м (139.96), п (134.4), о (139.30). Найдено, %: С 54.32, 54.16; Н 5.0, 5.21; N 11.96, 11.83. С^Н^Оу. Вычислено, %: С 54.11; Н 5.04; N 11.14.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 04-03-96701).

ЛИТЕРАТУРА

1. Jeyaraman R., Avila S. Chem Rev. 1981. V. 81. № 2. P. 149-174.

2. Юнусов М.С. Химия в интересах устойчивого развития. 1997. №5. С. 41-49.

3. Атрощенко Ю.М. и др. ЖОрХ. 1999. Т. 35. Вып. 9. С. 13391343.

4. Иванов А.В. и др. ЖОХ. 1985. Т. 55. №7. С. 1570-1574.

5. Shishkin O.V. et al. Acta Cryst. 1998. C54. № 2. P. 271273.

6. Агрономов А.Е., Шабаров Ю.С. Лабораторные работы в органическом практикуме. Изд. 2-е. М.: Химия. 1974. С. 375.

Кафедра органической и биологической химии

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.