CC BY
15
УДК 547.852
ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ КИСЛОТ РЯДА 4-ФЕНИЛ-4Н-ЦИКЛОПЕНТА [С] ЦИННОЛИНА
И.В. Баринов, В.А. Чертков
(кафедра органической химиии)
Декарбоксилирование 4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-карбоновой кислоты (7) в кипящем ксилоле дает 4-фенил-4Н-циклопента[с]-циннолин (2). Декарбоксилирование замещенных в положение 3 кислот зависит от природы заместителя: хлорокислота декарбоксилируется аналогично 7, бромокислота дает перегруппированный 1-бром-4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолин, а трифтораце-тильное производное 7 не декарбоксилируется.
Электрофильное замещение в гетероаналогах азу-лена с двумя гетероатомами азота п-избыточным и п-эквивалентным было впервые изучено на примере 2И-циклопента[а?]пиридазина 1 и его К-замещенных производных [1, 2]. Было показано, что замещение протекает в положения 5 и 7.
можно было ожидать, что одним из возможных путей получения 3-замещенных 4-фенил-4Н-циклопента [с]циннолиннов будет декарбоксилирование 3-заме-щенных кислот ряда 4-фенил-4Н-циклопента[с]цин-нолиннов по представленной ниже схеме 2.
С х е м а 2
С х е м а 1
К' I
им
РЬ
оегз
РЬ 3
К
РЬ
X
4-Фенил-4Н-циклопента[с]циннолин (2) - второй представитель гетероаналогов азулена с двумя атомами азота (п-избыточным и п-эквивалентным), для которого были изучены реакции электрофильного замещения [3]. Анализ спектров ЯМР 'Н замещенных производных 2 подтвердил, что замещение протекает в положения 1 и 3. В таких реакциях как нитрование и бромирование образуются только 1-замещен-ные производные, а в реакции ацилирования 1-замещенный продукт образуется с большим преобладанием (—25: 1). Исключение составляют азосочетание и хлорирование, в первом случае незначительно преобладающим (1,25:1) оказался продукт 3-замеще-ния, во втором - 1-замещенный продукт (—3:1). Таким образом, получение 3-замещенных соединений представляет собой трудную, а в ряде случаев и нереализуемую задачу. Учитывая относительно легкое декарбоксилирование азуленкарбоновой кислоты [4] и карбоновых кислот гетероаналогов азулена [2],
N
РЬ
X
N
РЬ
X
Исходные соединения для получения замещенных кислот, в свою очередь, могут быть получены ацили-рованием соединения 2 трифторуксусным ангидридом с последующим бромированием или хлорированием соединения 3 К-бром- или К-хлорсукциними-дом соответственно [3].
Гидролиз трифторацетильных производных 3-6, приводящий к получению кислот 7-10, легко протекает при кипячении их растворов в водно-спиртовом растворе щелочи. Конечными продуктами являются соответствующие кислоты, не подвергающиеся в этих условиях дальнейшему декарбоксилированию; в этом отношении свойства трифторацетильных производных 3-6 напоминют свойства соответствующих производных азулена и его гетероаналогов [2, 4].
8
7
2
6
2
1
2
ССОз
С х е м а 3 СССН
СИ"
РИ
X
т
РИ
X
X = И 3 ; X = Вг 4 X = С1 5 ; X = СССБз 6
X = И 7 ; X = Вг 8 X = С1 9 ; X = СССБз 10
Если образование кислот 8 и 9 в известной степени очевидно и не требует особого подтверждения (за исключением стандартных спектроскопических данных), вероятность образования кислоты 10 из 6 нуждается в дополнительном обосновании. В условиях, использовавшихся для превращения соединения 3 в кислоту 7, его изомер 11 (содержащий трифтораце-тильную группу в положении 3) не подвергается этому превращению. В том случае, когда гидролизу подвергалась эквимолярная смесь соединений 3 и 11, соединение 11 было выделено с практически количественным выходом (97%), тогда как 40% соединения 3 превращается в этих условиях в соответствующую кислоту. В более жестких условиях гидролиза соединения 11 (при замене спирта на этиленгликоль, при температуре ~140°) было выделено только соединение 2. По-видимому, промежуточно образующаяся в этих условиях кислота 12 декарбоксилируется очень легко и не может быть выделена. Приведенные аргументы подтверждают, что гидролиз бис-трифтораце-тильного соединения 6 затрагивает трифторацетиль-ную группу только в положении 1, а не 3.
С х е м а 4
11
12
Кислоты 7-10 представляют собой труднорастворимые в большинстве органических растворителей вещества. Для очистки этих кислот нельзя использовать хроматографию на окиси алюминия с использованием в качестве элюента уксусной кислоты (метод очистки 1-азуленкарбоновой кислоты [4]), поскольку
они легко разлагаются (как почти все другие производные гетероаналогов азулена) в растворе уксусной кислоты [6]. Кислоты 7-10 были идентифицированы в виде соответствующих метиловых эфиров 13-16, их строение подтверждено на основании ЯМР-спект-ров ХН. Наибольшую информативность представляют сигналы протонов Н9 и Н2 соединений 11 -14; очень большой низкопольный сдвиг протона Н9 подтверждает наличие карбонильной группы у заместителя в положении 1. Изменение мультиплетности сигнала протона Н2 из квартета в соответствующих трифтора-цетильных производных 4 и 5 в синглеты в соединениях 14 и 15 также подтверждает их строение. Сигналы протонов Н7 и Н8 перекрываются с сигналами протонов незамещенного фенильного кольца. В качестве одного из примеров спектров данных соединений приведен спектр соединения 13 (рисунок).
Протоны пятичленного цикла 13 образуют АВ-спектр, химический сдвиг Н3 6.46 м.д. (J = 5 Гц) незначительно отличается от сдвига Н3 незамещенного соединения 2 [5], в то время как сигнал протона Н2 смещен на ~0.5 м.д. от его положения в 2 под влиянием соседней карбометоксигруппы. Мультиплет в области 8.2 м.д., частично перекрывающийся с сигналом протона Н2, принадлежит протону Н6, а большой низкопольный сдвиг сигнала Н9 подтверждает присутствие карбометоксигруппы в положении 1. Сигналы протонов Н7 и Н8 перекрываются с сигналами протонов К-фенильного кольца 13. Параметры ЯМР-спект-ров ХН соединений 13-16 приведены в табл. 1.
Незамещенная кислота 7 относительно легко подвергается декарбоксилированию с образованием исходного соединения 2. В очень незначительной степени декарбоксилирование кислоты 7 протекает уже при кипячении ее раствора в бензоле. При более высокой температуре при кипячении в ксилоле кислота 7 гладко декарбоксилируется, образуя 2 с удовлетворительным выходом. Кислота 10, содержащая сильный акцепторный заместитель, в отличие от незамещенной кислоты 7 не подвергается декарбоксилиро-ванию при кипячении ее раствора как в ксилоле, так и в мезитилене. Декарбоксилирования в заметной степени не происходит даже при нагревании раствора 10 в триглиме при 240°; по данным тонкослойной хроматографии реакционной смеси, декарбоксилиро-вание в крайне незначительной степени происходит с образованием 11. При более высокой температуре эксперименты не проводили. Хлорокислота 9 декар-боксилируется в тех же условиях, в которых протекает декарбоксилирование незамещенной кислоты 7. Продукту декарбоксилирования в этом случае следует
2
Спектр ЯМР метил 4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-карбоксилата 13
Т а б л и ц а 1
Химические сдвиги в спектрах ЯМР Н метиловых эфиров 3-замещенных 4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-карбоновых кислот
Соединение Химический сдвиг сигналов протонов
Положение заместителей Н9 Нб Н3 Н2 СН3*
1-СООСН3, 3-И 13 10.14 м 8.20 м 6.46 д 7.99 д 3.74
1-СООСН3, 3-Вг 14 10.13 м 8.09 м - 7.97 с 3.72
1- СООСИ3, 3-С1 15 10.03 м 8.21 м - 7.88 с 3.73
1-СООСИ3, 3-СОСБ3 16 10.05 м 8.36 м - 8.60 к 3.80
*Химические сдвиги протонов метильных групп измерены в дейтерохлороформе.
приписать структуру 17. Строение хлорида 17 подтверждено на основании данных спектра ЯМР 1И.
С х е м а 5
N I
РИ
С1
X = С1 17
N I
РИ
X = С1 18; X = Вг 19
В спектре ЯМР 1Н химические сдвиги протонов Нх и Н2, образующих АВ-часть спектра, наблюдаются при 7.08 и 7.41 м.д. ^АВ = 4 Гц), эти величины очень близки сдвигам протонов Нх и Н2 7.01 и 7.34 соответственно монохлорида 17, образующегося при хлорировании 2, и сильно отличаются от соответствующих величин для хлорида 18 [3]. Химический сдвиг сигнала протона Н9 продукта декарбоксилиро-вания (8.22 м.д.) практически не отличается от соот-ветствущего сдвига Н8 для хлорида 18 (8.20 м.д.). Сравнение спектра 17 со спектром незамещенного соединения 2 свидетельствует о малом различии химических сдвигов протонов Н1, Н2 и Н9 и об отсутствии сигнала в области 6.46 м.д., где находится сигнал протона Н3 соединения 2 [3, 5].
Декарбоксилирование бромокислоты 8 также протекает при кипячении ее раствора в ксилоле, но в этом случае происходит перегруппировка, а продуктом реакции является бромид 19.
С х е м а 6
СССН
РИ
Вг
N I
РИ
19
Спектр ЯМР ХН бромида 19 полностью идентичен спектру бромида, полученного бромированием 2 [3]. Известно, что декарбоксилирование 1-азуленкарбо-
новой кислоты протекает через стадию образования биполярного иона 20, в котором ароматическая система пятичленного цикла преобразуется в аллильную систему [7]. Если бы декарбоксилирование 3-бром-1-азуленкарбоновой кислоты 21 происходило с перегруппировкой, вследствие симметрии азуленовой системы ее невозможно было бы обнаружить в немеченой системе. Отсутствие симметрии в циннолиновой системе 22 позволяет обнаружить такую перегруппировку независимо от того, протекает ли декарбокси-лирование через промежуточное образование биполярного иона 22 или каким-либо иным способом. В экспериментах по декарбоксилированию кислот ряда 4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолина мы использовали неполярные растворители с низкой диэлектрической постоянной, которые не способны в заметной степени стабилизировать биполярные ионы. Веским доводом в пользу возможности образования такой формы в неполярной среде являются эксперименты по изтопному обмену в соединениях 3 и 13. При кипячении соединений 3 или 13 с избытком м-ВгС6Н4СССБ (м-бромбензойная кислота была выбрана как близкий по кислотности аналог кислоты 8) в абсолютном ксилоле наблюдается обмен водорода в положении 3 на дейтерий. Анализ спектров ЯМР 1Н продуктов обмена показал, что при использовании пятнадцатикратного избытка м-бромбензойной кислоты (СБ) степень обмена в обоих случаях близка к ~85%. Продукты обмена были выделены с помощью хроматографии на щелочной окиси алюминия (см. экспериментальную часть), после повторной хроматографии продуктов обмена на окиси алюминия содержание дейтерия оставалось практически неизменным в продуктах обмена. Если в дейтерированных соединениях вместо акцепторного заместителя (СССР3, СССМе) присутствует водород или бром (соединения 2, 19), при их хроматографии даже на щелочной окиси алюминия происходит полная потеря дейтерия. В этом случае не представляется возможным подтвердить представленную ниже схему декарбоксилирования с перегруппировкой, включающую аутопротонирование.
Представляло интерес выяснить, протекает ли декарбоксилирование в сопряженной кислоте 23, в ко -торой также должна существовать аллильная система в пятичленном цикле.
Декарбоксилирование кислоты 7 в 50%-й (по объему) серной кислоте гладко протекает при 95° в течение 10 мин, т. е. в более мягких условиях, чем в
С х е м а 7
20
21
РЬ 22
С х е м а 8
С х е м а 9
С х е м а 10
ксилоле. Декарбоксилирование бромокислоты 8 в таких же условиях дает бромид 19, т.е. также протекает с перегруппировкой. При увеличении продолжительности реакции наблюдается образование незначительных количеств незамещенного соединения 2, что позволяет предполагать, что в этих условиях возможно протекание дебромирования бромида 19. Следует отметить, что в результате декарбоксилирования кислоты 8 бромид 24 (схема 11) не образуется, при бро-мировании 2 К-бромсукцинимидом [3] он также не образуется. В том случае, когда декарбоксилирование предшествует перегруппировке, в качестве промежуточного продукта может образоваться соединение 25 (которое также может возникать при электрофильном бромировании 2 в положение 3), аллильная перегруппировка которого приводит к образованию 26, а
депротонирование последнего даст бромид 19 (схема 12). Предлагаемая схема позволяет объяснить как декарбоксилирование с перегруппировкой кислоты 8, так и образование только одного бромида 19 при бромировании 2. Оценка относительной стабильнос-
С х е м а 11
Для системы бромо-циклопента[с]пиридазиния-1 и бромо-1-фенил-циклопента[с]пиридазиния-1 приведены разности энергий 5-бромо-5Н-циклопента[с]пиридазиния-1 и 7-бромо-7Н-циклопента[с]пиридазиния-1 и 5-бромо-1-фенил-5Н-циклопента[с]пиридазиния-1 и 7-бромо-1-фенил-7Н-циклопента[с]пиридазиния-1 соответственно. Для системы бромо-циклопента[с]циннолиния-4 и бромо-4-фенил-циклопента[с]циннолиния-4 приведены разности энергий 1-бромо-1Н-циклопента[с]циннолиния-4 и 3-бромо-3Н-циклопента[с]циннолиния-4 и 1-бромо-4-фенил-1Н-циклопента[с]циннолиния-4 и 3-бромо-4-фенил-3Н-циклопента[с]циннолиния-4, соответственно. Аналогично для хлорсодержащих соединений. Отрицательная величина разности энергий означает большую стабильность 5-галоген-аддуктов по сравнению с 7-галоген-аддуктами для пиридазиновых систем и 1-галоген-аддуктов по сравнению с 3-галоген-аддуктами для циннолиновых систем.
Т а б л и ц а 2
Разности энергий s-комплексов 1-галоген- или 3-галоген-4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолина и его аналогов
Базисный набор HF/6-31G(d) Е5 - Е7 (кДж) Базисный набор B3LYP/6-31G(d) Е5 - Е7 (кДж)
Бромо-циклопента[с]пиридазиний-1* -14,52 Бромо-циклопента[с]пиридазиний-1 -8,66
Бромо-циклопента[с]циннолиний-4 -8,33 Бромо-циклопента[с]циннолиний-4 -2,99
Бромо-1 -фенил-циклопента[с] пиридазиний-1 -16,86 Бромо-1 -фенил-циклопента[с] пиридазиний-1 -10,35
Бромо-4-фенил-4Н-циклопента[с] циннолиний-4 -12,57 Бромо-4-фенил-4Н-циклопента[с] циннолиний-4 -6,83
Хлоро-циклопента[с]пиридазиний-1 -15,6 Хлоро-циклопента[с] пиридазиний-1 -9,23
Хлоро-циклопента [с] циннолиний-4 -6,58 Хлоро-циклопента[с]циннолиний-4 -0,72
Хлоро-1 -фенил-циклопента[с]пиридазиний-1 -20,35 Хлоро-1 -фенил-циклопента[с] пиридазиний-1 -13,72
Хлоро-4-фенил-4Н-циклопента[с] циннолиний-4 -13,01 Хлоро-4-фенил-4Н-циклопента[с] циннолиний-4 -6,97
ти соединений 25 и 26 была получена в результате расчетов с использованием метода ab initio и теории DFT [10]. Были выполнены расчеты для бромидов 25, 26 и для соответствующих хлоридов. Так же, как и ранее, были выполнены расчеты для родоначаль-ной системы циклопента[с]пиридазиния, его N-фе-нильного аналога и соответствующих циннолиновых систем. Результаты расчетов приведены в табл. 2.
Из данных табл. 2 следует, что более устойчивы с-комплексы, образующиеся в случае присоединения галогена в положение 1 циннолиновых систем и в положение 5 пиридазиновых систем, причем разности энергий для галоген-4-фенил-4Н - циклопен-та[с]циннолиния-4 заметно больше по сравнению с соответствующими протонными системами [3]. Таким образом, движущей силой перегруппировки может являться образование более стабильного интер-медиата 26. Для соответствующих хлоридов разности
энергий незначительно отличаются от соответствующих величин для бромидов. Отсутствие перегруппировки при декарбоксилировании хлорокислоты 9 может объясняться меньшей миграционной способностью хлора по сравнению с бромом. Различные результаты галогенирования 2 при действии К-бромсук-цинимида и К-хлорсукцинимида [3], по-видимому, могут быть связаны с большей способностью К-бромсукцинимида по сравнению с К-хлорсукцини-мидом образовывать катионные интермедиаты, в ко -торых бром связан только с ароматической системой, а не азотом сукцинимидного фрагмента.
Если для протекания декарбоксилирования с перегруппировкой необходимо образование аллильной системы, возникающей при аутопротонировании [см. схему (3)] или проведении декарбоксилирования в кислой среде, то в условиях, препятствующих образованию аллильной системы, можно было ожидать
отсутствия перегруппировки. Простейшим вариантом, исключащим образование аллильной системы, явилось бы декарбоксилирование кислоты 8 в щелочной среде. Декарбоксилирование этой кислоты в этилен-гликоле, содежащем водную щелочь, при 140° приводит к получению продукта, не содержащего бром, т.е. соединению 2.
Экспериментальная часть
Исходные соединения были синтезированы по известным методикам [5]. Окись алюминия II степени активности для хроматографии многократно промывали дистиллированной водой и высушивали в сушильном шкафу при 200°С, после чего дезактивировали добавлением 3-4% воды; степень активности приготовленной таким образом окиси алюминия была промежуточной между III и IV. При использовании недезактивированной окиси алюминия наблюдается частичное разложение соединений цикло-пента[с]циннолинового ряда. Окись алюминия для выделения дейтерированных соединений приготовляли следующим образом. Окись алюминия II степени многократно промывали разбавленным аммиаком, затем водой, после этого высушивали при 200° и далее дезактивировали добавлением воды до степени активности промежуточной между III и IV. Все растворители, использовавшиеся для хроматографии (за исключением гептана марки "х.ч."), были перегнаны.
4-Фенил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-карбоно-вая кислота (7). Раствор 38 мг (0,112 ммол) 3 в 10 мл этанола добавляли к раствору 2 г NaOH в 3 мл воды. Смесь кипятили с обратным холодильником в течение 5 ч, при этом цвет раствора изменялся от малиново-красного до темно-сиреневого. После охлаждения до комнатной температуры реакционную смесь разбавляли водой (~60 мл) и экстрагировали эфиром (3x20 мл), водный слой отделяли и подкисляли 10%-й HCl, а затем экстрагировали эфиром (4x30 мл). Объединенные эфирные вытяжки промывали водой, разбавляли приблизительно равным объемом бензола и отфильтровывали через бумажный фильтр, смоченный бензолом. После удаления растворителя в вакууме (при t < 30°) получали 28 мг (86%) темно-фиолетовых кристаллов кислоты 7 (здесь и далее выходы кислот приведены в расчете на неочищеннй продукт).
Метил 4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-карбоксилат (13). К охлажденному до 0° раствору 28 мг (0,097 ммол) кислоты 7 в эфире добавляли раствор диазометана, полученный из 0,8 г нитрозоме-тилмочевины. Через 6 ч растворитель удаляли в ва-
кууме, остаток растворяли в минимальном количестве бензола и хроматографировали на окиси алюминия (1,5x19 см), элюировали смесью гептан-бензол (1:1) бледно-голубую полосу, затем тем же растворителем - темно-сиреневую. Удаление растворителя от сиреневого элюата давало 20 мг (68%) темно-сиреневых кристаллов эфира 13. Найдено (%): С 75,59; H 4,72; N 9,21. C19H14N2O2. Вычислено (%): С 75,48, H 4,67, N 9,27.
Декарбоксилирование 4-фенил-4Н-циклопен-та[с] циннолин-1-карбоновой кислоты (10).
К 43 мг кислоты 7 добавляли 20 мл ксилола, смесь кипятили с обратным холодильником в течение 3 ч. Цвет реакционной смеси постепенно изменялся от темно-сиреневого до темно-синего. Ксилол удаляли в вакууме, остаток растворяли в минимальном количестве смеси бензол-гептан (1:1) и хроматографирова-ли на окиси алюминия. Синюю полосу элюировали смесью бензол-гептан, после удаления растворителя от синего элюата получали 27 мг (74%) темно-синих кристаллов 2. ЯМР XH- и ИК-спектры полученного вещества были идентичны соответствующим спектрам образца заведомого строения.
Декарбоксилирование 4-фенил-4Н-цикло-пен-та[с]циннолин-1-карбоновой кислоты 10 в серной кислоте. К 60 мг (0,208 ммол) 7 добавляли вначале 2 мл конц. H2SO4, а затем 2 мл воды, смесь нагревали при 90° в течение 15 мин. После охлаждения до комнатной температуры смесь разбавляли водой до ~100 мл, добавляли 60 мл эфира и медленно нейтрализовали при охлаждении 10%-м раствором KOH до сильной щелочной реакции (рН 12-13), смесь при этом периодически встряхивали. По окончании нейтрализации смесь энергично встряхивали, эфирный слой отделяли, а водный слой дважды экстрагировали эфиром. Все эфирные экстракты объединяли, разбавляли равным объемом бензола и растворитель удаляли в вакууме, остаток растворяли в смеси бензол-гептан (1:1) и хроматографировали на окиси алюминия. Этим растворителем элюировали темно-голубую полосу. После удаления растворителя от темно-синего элюата получали 43 мг (66%) темно-синих кристаллов 2. ЯМР-, 1H- и ИК-спектры полученного вещества были идентичны соответствующим спектрам образца заведомого строения.
3-Трифторацетил-4-фенил-4Н - циклопен-та[с]циннолин-1-карбоновая кислота (10). 49,3 мг (0,113 ммол) 6 добавляли к 30 мл этанола и нагревали до полного растворения, затем добавляли 2 мл 20%-го водного раствора KOH. Цвет реакционной
смеси сразу изменялся от оранжевого до вишнево-красного, смесь кипятили с обратным холодильником в течение 20 мин. Спирт отгоняли в вакууме, остаток разбавляли водой и дважды экстрагировали эфиром. Эфирные экстракты отбрасывали, а водный раствор темно-вишневого цвета осторожно подкисляли соляной кислотой (1:1) до кислой реакции (рН 3-4), при этом выпадал осадок оранжевого цвета. Смесь трижды экстрагировали горячим бензолом, бензольные вытяжки объединяли и после и удаления растворителя в вакууме (без нагревания) получали 35,7 мг (82%) кислоты 10.
Метил 3-трифторацетил-4-фенил-4Н-цикло-пента[с]циннолин-1-карбоксилат 16. К раствору 53,5 мг (0,139 ммол) 10 в 35 мл ТГФ добавляли трехкратный избыток эфирного раствора диазомета-на, через 12 ч растворитель удаляли в вакууме, остаток растворяли в минимальном количестве бензола и хроматографировали на окиси алюминия, элюировали бензолом вещество из оранжевой полосы. После удаления растворителя в вакууме от оражевого элюата получали 45,4 мг оранжевых кристаллов. Найдено (%): С 63,48; И 3,20; К 6,91. С19И14К2О2. Вычислено (%): С 63,32; И 3,29; К 7,03.
Декарбоксилирование 3-трифторацетил-4-фе-нил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-карбоновой кислоты (10). К 35,7 мг кислоты 10 добавляли 20 мл мезитилена и образовавшийся раствор оранжевого цвета кипятили (в атмосфере азота) с обратным холодильником в течение 2 ч. Цвет реакционной смеси при этом не изменялся. Мезитилен удаляли в вакууме, остаток растворяли в триглиме, а смесь нагревали (в атмосфере азота) при 230-240°С в течение 2 ч, цвет раствора при этом не меняется. Результаты тонкослойной хроматографии показали, что в реакционной смеси присутствовали только следы соединения 11.
3-Хлор-4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-кар-боновая кислота (9). Раствор 100 мг (0,267 ммол) 5 в 25 мл этанола добавляли к 10 мл 20%-го водного раствора КОН, смесь кипятили с обратным холодильником в течение 1,5 ч, при этом цвет раствора изменялся от темно-сиреневого до темно-синего. Затем большую часть спирта удаляли в вакууме, остаток разбавляли ~100 мл воды и дважды экстрагировали эфиром. Водный слой отделяли, подкисляли разбавленной серной кислотой до рН 2-3 и экстрагировали эфиром (3x30мл); объединенные эфирные экстракты разбавляли равным объемом бензола и после удаления растворителя в вакууме получали 73 мг (82%) темно-синих кристаллов кислоты 9.
Метил 3-хлор-4-фенил-4Н-циклопента[с]цинно-лин-1-карбоксилат (15). К раствору 36 мг (0,112 ммол) кислоты 5 в 20 мл ТГФ добавляли трехкратный избыток раствора диазометана в эфире. Через 12 ч растворитель удаляли в вакууме, остаток растворяли в минимальном объеме смеси бензол-гептан 1:1 и хро-матографировали на окиси алюминия. Элюировали этим растворителем вещества из голубой (элюат отбрасывали) и темно-синей полос, после удаления растворителя от темно-синего элюата получали 32 мг (85%) темно-синих кристаллов эфира 15. Тпл = 112°. Найдено (%): С 67,59; И 3,99; К 8,22. С19Н13 СШ2О2. Вычислено (%): С 67,76; И 3,89; К 8,32.
Декарбоксилирование 3-хлор-4-фенил-4Н-цикло-пента[с]циннолин-1-карбоновой кислоты. Раствор 70 мг (0,187 ммол) 5 в 20 мл этанола добавляли к 8 мл 20%-го водного раствора КОИ и смесь кипятили с обратным холодильником в течение 1,5 ч, при этом цвет раствора изменялся от темно-сиреневого до темно-синего. Затем большую часть спирта удаляли в вакууме, остаток разбавляли ~ 100 мл воды и дважды экстрагировали эфиром. Водный слой отделяли, подкисляли разбавленной серной кислотой до рН 2-3 и экстрагировали эфиром (3 x30мл); объединенные эфирные экстракты разбавляли равным объемом бензола, а растворитель удаляли в вакууме. Остаток растворяли в 20 мл о-ксилола и кипятили в течение 2,5 ч. После удаление ксилола в вакууме остаток растворяли в минимальном объеме смеси бензол-гептан (1:2) и хроматографировали на окиси алюминия, элюировали этим растворителем вещество из синей полосы. После удаления растворителя в вакууме получали 38,6 мг темно-синих кристаллов. Найдено (%): С 73,38; И 3,81; К 9,95. С17И11С1К2. Вычислено (%): С 73,25; И 3,98; К 10,05.
3-Бром-4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-карбоновая кислота (8). К раствору 65 мг (0,155 ммол) 4 в 10 мл этанола добавляли раствор 0,5 г КаОИ в 2 мл воды, смесь кипятили с обратным холодильником в течение 2 ч, при этом цвет раствора изменялся от темно-сиреневого до темно-синего. Затем большую часть спирта удаляли в вакууме, остаток разбавляли 40 мл воды и экстрагировали эфиром. Водный слой отделяли, подкисляли 10%-й соляной кислотой до рН 2-3 и экстрагировали бензолом (3x30 мл). При удалении растворителя от объединенных бензольных экстрактов было получено 55 мг (96%) кислоты 8 (здесь и далее выходы кислот приведены в расчете на неочи-щеннй продукт).
Метил 3-бром-4-фенил-4Н-циклопента[с] цинно-лин-1-карбоксилат (14). К раствору 55 мг (0,149 ммол) кислоты 8 в 15 мл ТГФ добавляли избыток раствора диазометана в эфире. Через 24 ч растворитель удаляли в вакууме, остаток растворяли в минимальном объеме смеси бензол-гептан (1:1) и хроматографировали на окиси алюминия. Элюирова-ли этим растворителем вещества из голубой (элюат отбрасывали) и темно-синей полос, после удаления растворителя от темно-синего элюата получали 49 мг (86%) темно-синих кристаллов эфира 14. Найдено (%): С 59,99; H 3,55; N 7,27. C19H13BrN2O2. Вычислено (%): С 59,86; H 3,44; N 7,35.
Декарбоксилирование 3-бром-4-фенил-4Н-ци-клопента[с]циннолин-1-карбоновой кислоты (8). Раствор 84 мг (0,229 ммол) 8 в 20 мл ксилола кипятили с обратным холодильником в течение 1 ч, затем ксилол удаляли в вакууме, остаток растворяли в смеси бензол-гептан (1:1) и хроматографировали на окиси алюминия. Элюировали этим растворителем темно-синюю полосу. После удаления растворителя от темно-синего элюата получали 63 мг (85%) темно-синих кристаллов бромида.
Гидролиз 3-трифторацетил-4-фенил-4Н-ци-клопента[с]циннолина 11. К раствору 11 мг (0,032 ммол) 11 в 25 мл этанола добавляли раствор 6 г KOH в 8 мл воды и смесь кипятили с обратным холодильником в течение 3 ч. Анализ реакционной смеси с помощью тонкослойной хроматографии свидетельствует, что в смеси присутствует только исходное соединение 11. Этанол удаляли в вакууме, к остатку добавляли 20 мл этиленгликоля и кипятили смесь в течение 1 ч. Через 30 мин после начала кипячения цвет реакционной смеси из темно-фиолетового переходил в голубоватый, и раствор мутнел. После охлаждения до комнатной температуры смесь разбавляли водой и дважды экстрагировали смесью эфир-бензол (1:1) (бензол добавляли для предотвращения попадания значительных количеств этиленгли-коля в эфирный экстракт). После удаления растворителя от объединенных экстрактов остаток растворяли в смеси бензол-гептан и хроматографировали на окиси алюминия, этим растворителем элюировали голубую полосу. После удаления растворителя в вакууме от голубого элюата получали 4 мг темно-синих кристаллов соединения 2.
Гидролиз смеси 1-трифторацетил-4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолина 3 и 3-трифторацетил-4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолина 11. К раствору смеси 9,6 мг (0,028 ммол) 3 и 9,1 мг (0,027 ммол) 11 в 11 мл этанола добавляли 2 мл 20%-го раствора
КОН и кипятили с обратным холодильником в течение 15 ч. После охлаждения смесь разбавляли водой и экстрагировали эфиром (3x20 мл), эфирные экстракты объединяли, а растворитель удаляли в вакууме. Остаток растворяли в минимальном количестве смеси бензол-гептан и хроматографировали на окиси алюминия. Элюировали этим растворителем вещества из двух первых полос - красной и фиолетовой. После удаления растворителя от красного элюата получали 5,7 мг (0,017 ммол) 3, а из фиолетового элюата получали 8,8 мг (0,026 ммол) 11.
Декарбоксилирование 3-бром-4-фенил-4Н -циклопента[с]циннолин-1-карбоновой кислоты (8) в серной кислоте. К 59 мг (0,161 ммол) 8 добавляли вначале 2 мл конц. Н28О4, а затем 2 мл воды, смесь нагревали при 90° в течение 15 мин. После охлаждения до комнатной температуры смесь разбавляли водой до ~ 100 мл, добавляли 60 мл эфира и медленно нейтрализовали (при охлаждении) 10%-м раствором КСН до сильной щелочной реакции. Водный слой дважды эктрагировали эфиром, разбавляли равным объемом бензола, растворитель удаляли в вакууме, а остаток растворяли в смеси бензол-гептан (1:1) и хроматографировали на окиси алюминия. Элюировали этим растворителем темно-голубую полосу. После удаления растворителя от темно-синего элюата получали 34,5 мг темно-синих кристаллов (66%) в расчете на бромид. Повторная хроматография показала, что полученное вещество представляет собой смесь бромида и незамещенного соединения 2.
Дейтерообмен в эфире (13). В типичном эксперименте раствор 18 мг эфира 13 и 0,6 г м-бромбензойной кислоты (ОБ) в 10 мл абсолютного ксилола кипятили в течение 2 ч. После охлаждения смесь разбавляли гептаном для осаждения большей части кислоты и хрома-тографировали на промытой аммиаком окиси алюминия для хроматографии, элюировали бензолом темно-сиреневую полосу. После удаления растворителя в вакууме получали 16 мг эфира 13 (3-ё). Агналогично проводили дейтерообмен в соединении 3.
Декарбоксилирование 3-бром-4-фенил-4Н-циклопента[с]циннолин-1-карбоновой кислоты (8) в щелочной среде (в этиленгликоле). К 57,4 мг (0,156 ммол) 8 добавляли 5 мл этанола и 2 мл 10%-го раствора КОН. Смесь нагревали до полного растворения кислоты, затем добавляли 15 мл этилен-гликоля, а спирт отгоняли; далее смесь нагревали в течение 2 ч при 140°. После охлаждения смесь разбавляли водой и экстрагировали эфиром (2x20мл). Эфирные экстракты объединяли, разбавляли равным
объемом бензола, а растворитель удаляли в вакууме. Остаток растворяли в минимальном объеме смеси бензол-гептан (1:1) и хроматографировали на окиси алюминия. Элюировали этим растворителем веще-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Anderson A.G., Jr., Forkey D.M. // J. Am. Chem. Soc. 1969. 91.
P. 924.
2. Anderson A.G., Jr., Forkey D.M., Grina., L.D. // J. Org Chem. 1972.
37. P. 3499.
3. Баринов И.В., Чертков В.А. // Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. Хи-
мия. 2003. 44. С. 264.
4. Anderson A.G., Jr., Anderson R.G. // J. Org Chem. 1962. 27. P.
3578.
5. Ustynyuk Yu.A., Barinov I.V. // , J. Organomet. Chem., 1978. 23. P.
551.
6. Harrison W.F.// Diss. Abstr. 1961. 21. P. 2108.
7. Longridge J.L., Long F. A. // J. Am. Chem. Soc. 1968. 90. P. 3092.
ство из синей полосы, после удаление растворителя в вакууме от синего элюата получали 18 мг (48%) 2, ИК- и ПМР-спектры которого идентичны спектрам образца заведомого строения.
8. Квантово-химические расчеты проведены с использованием программного комплекса Gaussian.Gaussian 94W, Revision E.1: Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H.B.; Gill, P. M.W.; Johnson, B.G.; Robb M. A.; Cheeseman J. R.; Keith T.; Petersson G.A.; Montgomery J. A.; Raghavachari K.; Al-Laham, M. A.; Zakrzewski, V. G.; Ortiz J.V.; Foresman J.B.; Cioslowski J.; Stefanov B.B.; Nanayakkara A.; Challacombe M.; Peng C.Y.; Ayala P.Y.; Chen W.; Wong M.W.; Andres J.L.; Replogle E. S.; Gomperts R.; Martin R.L.; Fox D. J.; Binkley J. S.; Defrees D. J.; Baker, J.; Stewart J. P.; Head-Gordon M.; Gonzalez C.; Pople, J.A.; Gaussian, Inc.: Pittsburgh PA, 1995.
Поступила в редакцию 08.04.03
THE DECARBOXYLATION OF THE ACIDS
OF A SERIES 4-PHENYL-4#-CYCLOPENTA[qCINNOLINE
I.V. Barinov, V.A. Chertkov
(Division of Organic Chemistry)
Decarboxylation of the 4-phenyl-4#-cyclopenta[c]cinnoline-1-carboxylic acid 7 in boililing xylene yields 4-phenyl-4#-cyclopenta[c]cinnoline 2. Decarboxylation of the acids substituted in position 3 depends on the nature of the substituents. Decarboxylation of the chloroacid proceeds by similar way, the bromoacid yields rearranged bromide - 1-brom-4-phenyl-4#-cyclopenta[c]cinnoline, whereas the acid with 3-COCF3 substituent do not undergo decarboxylation.
