Cтереоизомерные цис- и транс- диазотетрагидрофураноны в реакции с дегидробензолом Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Сер. 4. 2009. Вып. 1

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

УДК 547

С. М. Корнеев, А. В. Беер, Л. Л. Родина

СТЕРЕОИЗОМЕРНЫЕ цис- И транс-ДИАЗОТЕТРАГИДРОФУРАНОНЫ В РЕАКЦИИ С ДЕГИДРОБЕНЗОЛОМ *)

Ранее одним из авторов было установлено [1, 2], что взаимодействие а-оксодиазо-соединений 1 с эфирами ацетилендикарбоновой кислоты и дегидробензолом приводит к орто-конденсированным би- и трициклическим системам 3, содержащим, соответственно, пиразольный или индазольный фрагменты и лактамную группировку. Образование этих соединений происходит в результате 1,3-диполярного циклоприсоединения оксо-1,3-диполя 1 по ненасыщенной связи С=С и последующего 1,5-сигматропного сдвига.

Первичные аддукты 1,3-диполярного циклоприсоединения - соответствующие спи-ропиразолы и индазолы 2 - не удалось обнаружить, как в случае незамещённых а-диазоцикланонов, так и в случае 4-диазо-2,2,5,5-тетраметилтетрагидрофуран-3-она 1а.

Стоит подчеркнуть, что незамещённые диазокетоны 1 взаимодействуют с ацетиленовыми диполярофилами с большой скоростью: диазоциклопентанон реагирует с ацети-лендикарбоновым эфиром при 0 °С в эфирном растворе за один час, образуя конечный продукт с выходом 81,3 %; диазоциклогексанон в этих же условиях через 24 ч даёт 77,5 % продукта взаимодействия. В случае замещённых циклических диазокетонов процесс циклоприсоединения замедляется: так, 4-диазо-2,2,5,5-тетраметилтетрагидро-фуран-3-он 1а реагирует с ацетилендикарбоновым эфиром без растворителя при 20 С

Данная публикация подготовлена на основании дипломной работы А. В. Беер, выполненной

3

I

а) К = К' = К" = Ме

б) К = К' = г-Би, К" = Ме (цис-)

в) К = К" = г-Би, К' = Ме (транс-)

в СПбГУ.

© С. М. Корнеев, А. В. Беер, Л. Л. Родина, 2009

в течение 3-х недель, выход конечного продукта 3 - продукта 1,5-сигматропной перегруппировки первичного циклоаддукта - 79 % [3].

Можно было предположить, что использование в качестве 1,3-диполей ещё более пространственно «загруженных» диазокетонов 1б, -в должно было бы не только снижать скорость всего процесса, но и, с точки зрения стереохимии, препятствовать перестройке первичного аддукта 1,3-циклоприсоединения 2.

Действительно, на примере изомерных диазофуранонов цис-(1б) и транс-(1в), включающих заместители с очень большим объёмом, нами показано, что стереохимия субстрата определяет результат его циклоприсоединения к дигидробензолу и влияет на стабильность продуктов циклоприсоединения и последующих превращений.

При исследовании реакционной смеси дегидробензола с диазофураноном 1а в качестве единственного продукта нами был зафиксирован спиро-3Д~-индазол 3а. В спектре ПМР реакционной смеси наблюдались только два синглетных сигнала Ме-групп при 1,58 и 1,73 м. д. В ИК-спектре присутствовала только одна интенсивная полоса в области 1500-2100 см-1 при 1765 см-1, принадлежащая, очевидно, карбонильной группе тетрагидрофуранового фрагмента спироиндазола 3а [1-4]. Однако, как и ранее, выделить этот спироиндазол с помощью возгонки при 20-40 С в высоком вакууме (0,05 мм), перекристаллизации или хроматографирования на силикагеле не удалось. Были получены только известные ранее кислота 5а (ИК, 1705, 1725, 2450-3560 см-1) и спирт 6а (ИК, 1620, 3200 см-1), продукты гидролиза 5-лактама 4а [3]. Следует отметить, что ни один из выделенных продуктов реакции не имеет сигналов в ПМР- и ИК-спектрах, аналогичных зафиксированным в реакционной смеси сразу после реакции.

В реакционной смеси дегидробензола с цис -диазофураноном 1б нами было зафиксировано образование спироиндазола 3б (ИК, 1767 см-1), наряду с продуктом его перегруппировки - 5-лактамом 4б (ИК, 1725 см-1). Интересно, что спироиндазол 3б оказался устойчивым, и его удалось выделить хроматографированием на силикагеле. Напротив, 5-лактам 4б полностью гидролизовался в соответствующую кислоту 5б (ИК, 1750, 2400-3600 см-1).

В реакционной смеси дегидробензола с транс -диазофураноном 1в мы наблюдали образование только продукта перегруппировки - соответствующий 5-лактам 4в (ИК, 1735 см-1). Первичный продукт циклоприсоединения - спироиндазол 3в - не удалось зафиксировать в реакционной смеси даже спектральными методами.

Однако, в отличие от результатов реакции тетраметилзамещённого диазофуранона 1а, образовавшийся в этом случае 5-лактам 4в оказался устойчивым и даже при хроматографировании не гидролизовался в кислоту 5в и спирт 6в.

Обсуждаемые реакции протекают, очевидно, по согласованному механизму, что подтверждается наличием стереоконтроля циклоприсоединения: взаимодействие цис-4-диазо-2,5-диметил-2,5-дитретбутилтетрагидрофуран-3-она 1б с дегидробензолом приводит к образованию только одного стереоизомера соответствующего спиро-3Д~-индазола 2б.

Для объяснения полученных результатов можно предложить следующую гипотетическую схему. В результате взаимодействия цис-диазокетона 1б с дегидробензолом образуется спиро-3Д~-индазол 2б, в котором существует взаимное отталкивание трет-бутильных групп, расположенных в псевдоэкваториальных положениях в спи-ро-сочленённом тетрагидрофурановом цикле. Однако при последующей перегруппировке оказывается, что одна из трет-бутильных групп в 5-лактаме 3б должна занять аксиальное положение, что менее выгодно. Очевидно, что подобная перегруппировка значительно затруднена, что и позволяет выделить образующийся первичный

циклоаддукт - спиро-3Д~-индазол 2б. С другой стороны, если продукт перегруппировки всё-таки образуется, то он должен был бы быть крайне неустойчивым и легко подвергаться, например, гидролитическому расщеплению для снятия стерического напряжения.

В случае транс-изомера 1в, после присоединения дегидробензола, в образовавшемся спиро-соединении 2в трет-бутильные группы занимают взаимно противоположные псевдоэкваториальные положения, где их взаимное оталкивание минимально. Однако должно возникать стерическое взаимодействие между трет-бутильной группой, располагавшейся возле диазофункции, и ароматическим ядром, находящимся в соседнем положении. Это может существенно уменьшать стабильность спиро-соединения 2в и благоприятствовать перегруппировке. В образовавшемся 5-лактаме 3в указанное взаимодействие должно существенно уменьшаться, что может служить движущей силой этой реакции. Любопытно, что при миграции не ацильного, а алкильного радикала, можно было бы ожидать образования кетона 6, в котором объёмные заместители - две трет-бутильные группы и ароматическое ядро - были бы максимальное удалены. Такой процесс также мог бы оказаться выгодным для стабилизации молекулы. Возможно, что наблюдаемое в реакционной смеси и неидентифицирован-ное пока соединение с полосой поглощения в ИК-спектре около 1707 см-1 и является продуктом миграции алкильного радикала - кетоном 6, для которого, согласно литературным аналогиям, следует ожидать появление полосы валентных колебаний С=О-группы, близкой к полосе С=О-группы в циклогексаноне, - 1710 см-1 [5].

Таким образом мы впервые показали, что объёмные заместители не оказывают существенных препятствий реакции циклоприсоединения диазотетрагидрофуранонов 1а, -б к дегидробензолу: в случае диазосоединений 1а, -б остаются непрореагировавшими 11-12 % исходного диазосоединения, в то время, как у диазокетона 1в - 6 %.

Впервые также показано, что для исследованных соединений циклоприсоединение подчиняется стереоконтролю, а эффективность и результат циклоприсоединения зависят от пространственного окружения диазофункции.

Экспериментальная часть. Диазотетрагидрофуранон 1а получили в 4 стадии, исходя из ацетона и ацетилена по известной методике [6]. Стереоизомерные диазофу-раноны 1б и 1в были синтезированы в 4 стадии, исходя из пинаколина и ацетилена по методике [7]. Бензолдиазоний-2-карбоксилат получили методом апротонного диазотирования антраниловой кислоты бутилнитритом в ТГФ [8] и сразу использовали для превращения в дегидробензол термолизом непосредственно в реакционной смеси [3]. Диазосоединения 1а-в очищены хроматографированием на силикагеле, тетрагид-рофуран высушен и перегнан над натрием. Известные продукты циклоприсоединения 3а, 4а, 5а идентифицированы методом ТСХ и сравнением характеристик ПМР- и ИК-спектров с полученными ранее [1, 3].

Взаимодействие 4-диазо-2,2,5,5-тетраметилтетрагидрофуран-3-она 1а с дегидробензолом. Общая методика. В плоскодонной колбе, снабжённой обратным холодильником и системой для измерения объёма выделяющихся газов, нагревали суспензию бензолдиазоний-2-карбоксилата (1,8 г, 11 ммоль) и диазокетона 1а (1,61 г, 9,5 ммоль) в 30 мл ТГФ при температуре 55-57 С до окончания выделения газов (примерно 2 ч). Реакционную смесь концентрировали в вакууме (12 мм) при 25-30 С, остаток анализировали спектральными методами (ПМР, ИК), продукты реакции выделяли с помощью препаративной ТСХ на силикагеле 8Преаг1, элюент: смесь гексан-эфир 1:1. Из реакционной смеси были выделены следующие соединения: исходный диазокетон 1а - 0,01 г (6 %), кислота 4а - 0,03 г (3 %), спирт 5а - 0,12 г (21 %), а-гидроксиизо-масляная кислота 0,09 г (24 %), неидентифицированные вещества - 0,44 г.

2,2,5,5-Тетраметилспиро[тетрагидрофуран-3,3-индазол]-4-он 2а. ПМР (60 МГц, ССЦ): 1,58 с (6Н, 2 Ме), 1,73 с (6Н, 2 Ме). ИК (СН2С12, см-1): 1765 (С=О).

После реакции диазокетона 1б (0,4 г, 1,6 ммоль) с дегидробензолом (0,52 г, 3,4 ммоль) по общей методике в течение 2 ч из сконцентрированной реакционной смеси выделены следующие соединения: исходный диазокетон 1б - 0,05 г (12 %), спиро-3Н-индазол 2б - 0,32 г (58 %), кислота 4б - 0,07 г (13 %), неидентифицированные вещества - 0,02 г.

цис-2,5-Дитретбутил-2,5-диметилспиро[тетрагидрофуран-3,3-инда-зол]-4-он 2б. ПМР (60 МГц, СС14): 1,03 с (9Н, £-Ви), 1,21 с (3Н, Ме), 1,25 с (9Н, £-Ви), 1,81 с (3Н, Ме), 6,78-8,02 м (4Н, аром). ИК (СН2С12, см-1): 1105 (С-О), 1767 (С=о).

2-(1-(2Н^-Индазол-3-ил)-1-третбутилэтокси)-2-третбутилпропионовая кислота 4б. ПМР (60 МГц, СС14): 1,15 с (18Н, 2 £-Ви), 1,68 с (6Н, 2 Ме), 6,68-8,02 м (4Н, аром), ИК (СН2С12, см-1): 1750 (С=О), 2400-3600 уш. с (СООН, №Н).

После реакции диазокетона 1в (0,5 г, 2 ммоль) с дегидробензолом (1,2 г, 8 ммоль) по общей методике в течение 2 ч из сконцентрированной реакционной смеси выделены следующие соединения: исходный диазокетон 1в - 0,06 г (11 %), а-лактам 3в - 0,2 г (30 %), неидентифицированные вещества - 0,3 г.

транс-4,6-Дитретбутил-4,6-диметил-7-оксо-6,7-дигидро-4Н-индазоло [5,1-е][1,4]оксазин (3в). ПМР (60 МГц, ССЦ): 0,80 с (9Н, £-Ви), 1,10 с (9Н, £-Ви), 1,60 с (3Н, Ме), 1,74 с (3Н, Ме), 6,66-7,56 м (4Н, аром). ИК (СН2СЦ, см-1): 1104 (С-О), 1735 (С=О).

Литература

1. Родина Л. Л. Оксо-1,3-диполи в реакциях с ненасыщенными соединениями: Дисс. ... д-ра хим. наук. Л., 1989. 230 с.

2. Родина Л. Л., Булушева В. В., Коробицына И. К. 1,3-Биполярное циклоприсоединение диазокетонов к аренам // Журн. орган. химии. 1972. Т. 8. № 10. С. 1108-1110.

3. Булушева В. В. Пиразолы и индазолы на основе a-диазокетонов и активированных ацетиленов: Дисс. ... канд. хим. наук. Л., 1975. 169 c.

4. Родина Л. Л., Булушева В. В., Екимова Т. Г., Коробицына И. К. Синтез замещённых ин-дазолов и пиразолов на основе 1,3-диполярного циклоприсоединения a-диазокетонов // Журн. орган. химии. 1974. Т. 10. № 1. С. 55-59.

5. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул / Пер. с англ. М., 1963.

6. Коробицына И. К., Родина Л. Л. Синтез диазокетонов ряда фуранидина // Журн. общ. химии. 1964. Т. 34. № 9. С. 2851-2854.

7. Платошкин А. И. Устойчивые циклические кетены из пространственнозатруднённых диазокетонов ряда фуранидона: Дипломная работа. Л., 1989. 69 c.

8. Friedman L., Logullo F. M. Benzynes via aprotic diazotization of anthranilic acids: a convenient synthesis of triptycene and derivatives // J. Am. Chem. Soc. 1963. Vol. 85. N 10. Р. 1549-1549.

Принято к публикации 26 сентября 2008 г.