CC BY
13УДК 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: [email protected]
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
