CC BY
23
УДК 547.235.41
М. Д. Ибрагимова (асс. каф)1, Н. Н. Михайлова (к.х.н., доц.)2, Р. М. Султанова (д.х.н., проф.)2
ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯ В СИНТЕЗЕ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
'Грозненский государственный нефтяной технический университет им. акад. М. Д. Миллионщикова 364051, Чеченская Республика, г. Грозный, ул. Исаева, 100; тел. (8712) 223607,
e-mail: [email protected] 2Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра общей и аналитической химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2420854, e-mail: [email protected]
М. D. Ibragimova1, N. N. Mihkailova2, R. М. Sultanova2
DIAZOCOMPOUNDS IN THE SYNTHESIS OF POLYFUNCTIONAL OXYGEN-CONTAINING HETEROCYCLIC COMPOUNDS
]Acad. M.D.Millionshchikov Grozny State Oil Technical University 100, Isaev Str., 364051, Grozny, Chechen Republic, e-mail: [email protected] 2Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia; e-mail: [email protected]
Рассмотрены данные по использованию внутри-и межмолекулярных каталитических реакций внедрения диазокарбонильных соединений по связи С—О, приводящие к полифункциональным кислородсодержащим гетероциклам. Показано, что ключевой стадией указанных реакций является образование оксониевых илидов, последующая стабилизация которых за счет [2,3] и /или [ 1,2]-перегруппировок, определяется влиянием как электронных так и стерических факторов заместителей. Приведены примеры синтеза О-содержащих гетероциклов, обладающих биологической активностью.
Ключевые слова: диазокарбонильные соединения; С—О внедрение; илиды; энантиослек-тивность; диастереослективность; гетероциклы; сигматропные перегруппировки.
Работа выполнена в рамках конкурса РФФИ <<Научные проекты, выполняемые молодыми учеными под руководством кандидатов и докторов наук в научных организациях Российской Федерации в 2015 году», мол-нр, №15-33 50126.
Химия диазосоединений продолжает интенсивно развиваться в настоящее время, что обусловлено их высокой реакционной способностью в отношении связей С=С, ОС, С—Н и С—гетероатом, а также возможностью создания на. их основе новых методов получения практически важных полифункциональных
Дата поступления 12.08.15
Data oil the use of intra- and intermolecular catalytic reactions of introduction diazocarbonyl compounds at the bond C—O, leading to polyfunctional oxygen-containing heterocycles is considered. It is shown that, the key step of these reactions is the formation of oxonium ylides, which subsequent, stabilization by [2,3] and/or [1,2]-rearrangements is influenced by both electronic and steric factors of substituents. Examples of synthesis of O-containing heterocycles possessing biological activity are given.
Key words: diazocarbonyl compounds; C—O insertion; ylides; enantioselectivity; diastereo-selectivity; heterocycles; sigmatropic rearrangements.
The work was performed as part of the competition of RFBR «Research projects of carried out by young scientists under the leadership of PhDs in the scientific organizations of the Russian Federation in 2015», mol_nr, №15 33-50126.
циклопропансодержащих и гетероциклических соединений. Наиболее интересными с синтетической точки зрения являются их каталитические превращения в присутствии кислот Льюиса, солей и комплексов переходных и непереходных металлов в качестве катализаторов, обеспечивающих высокую стерео- и реги-оселективность реакций. В частности, образо-
вание оксониевых илидов в результате в результате внутри- или межмолекулярного взаимодействия диазосоединенй по связи С—О с последующими параллельно протекающими [2,3]-сигма-тропной и [1,2]-перегруппировками является является удобным методом синтеза кислородсодержащих гетероциклов. В этой области основные усилия направлены на создание условий проведения энантиоселективных [2,3] и/ или [1,2]-перегруппировок. Например, инициируемая ЕЬ2(ОАс)4 внутримолекулярная циклизация а-ацилдиазоэфиров, содержащих аллилоксильный 9 фрагмент и пропаргилок-сильный фрагмент 11 1,2; осуществляется с высокой селективностью и приводит к 5- и 6-членным оксацикланонам 2, 4 в результате формального С-О внедрения и [2,3]-пере-группировки (схема 1).
С02Ме
Ш12(ОАс)4 -К,
95%,
сн,
СН2 I
I 91%, СН2 53%, (_Н2
сн2
0
1
СН2 51% I
сн2
С02Ме
Ш12(ОАс)4 -N2 92%
О
С02Ме О СН=С=СН2
Схема 1
Процесс элиминирования внутрицикли-ческого О-илида (схема 2) был использован для препаративного синтеза антибиотиков 3-оксацефамового ряда 6, 7 3.
ССЬМе
гГ
N2 1«12(ОАс)4
О С02 Ви
-N2
V
о„ о
^ С02Ме
Л— N. О
о Ч ©
С02Ви
С02Ме
о
Ч/ ¿021Ви
¿-я. о
„СО,Ме
¿Ог'Ви
7
Значительный интерес представляют превращения циклических ацеталей, содержащих в боковой цепи диазокарбонильный фрагмент 8 (схема 3), при этом параллельно наблюдается образование бициклических структур 9 и непредельных циклических эфиров 10.
о
о снм, [кат1
I
Ме^ ~СН-С=0 Ме
8
О. О--СИ
/Х- 1
Ме СН-С=0 Ме
54%
Ме Ме
V
Схема 3
В условиях каталитического дедиазотиро-вания в присутствии нуклеофильных реагентов (схема 4) возможны параллельные процессы внедрения и расширения цикла /,'Г\
о.
I I СНК2
VI
[кат]
(V
- Г
Ме^оАс
+ЮН
Более сложно протекает дедиазотирова-ние диазоуксусных эфиров, содержащих заместители в ацетальном фрагменте 15 6. При этом фенильные группы предопределяют 1,2-вне-дрение только по связи углерод-кислород (схема 5).
Схема 2
\ К \ к
С02Ме [кат| (/ Д^Н
18%
65%
Схема 5
Замена ароматических радикалов на ал-кильные изменяет направление перегруппировки промежуточного О-илида, и соответствующие замещенные 1,4-диоксаны образуются с высокой селективностью.
Во многом аналогично протекает каталитическое разложение диазоуксусного эфира 18 (схема 6), содержащего 1,3-диоксановый фрагмент 6.
Г^Ч е,С02Ме I© г
80%
С02Ме
О. / ,0
19
Схема 6
Выход бициклического 1,4-диоксацикло-гептана 19 превышает 80%.
Для замещенного 5,6-бензо-1,3-диоксепа-на 20 (схема 7) характерно 1,2-внедрение как по связи С(2)—О(З), так и по связи С(4)-0(3) 6.
56%
Схема 7
Разрушение ацетальной функции протекает в 4—6 раз быстрее, и в продуктах реакции преобладают соответствующие 1,4-диоксацик-ланы 21 и 22.
Дедиазотирование соединения 23 (схема 8) протекает с 1,2-перегруппировкой (расширением цикла) 24 и внедрением по связям С(4)-Н углерод-водород 25 7.
V
Ме" Ме 25
Соотношение продуктов С-О и С-Н внедрения изменяется от 2:8 до 6:4 и зависит от типа используемого родиевого катализатора. Интересно, что аксиальная ориентация диазог-руппы определяет высокоселективное (более 98%) образование 1,4-диоксациклогептанового фрагмента 27 (при конверсии исходного ацета-ля 26 более 80%) (схема 9).
Ме.
Ме
.СШ,
0 0
Ме-^^Ме
[кат]
-N9 '
Ме-
26
27
Схема 9
Высокая региоселективность также наблюдается в случае 1,3-диоксана 28 (схема 10), содержащего диазогруппу. Соотношение продуктов расширения цикла 29 и внедрения по связи С(4)—Н соединения 30 изменяется от 7:3 до 9:1, а их суммарный выход составляет 72-78 %.
Превращения 1,3-диоксоланов 31 (схема 11), содержащих диазокарбонильную функцию, связанную с С(4)-атомом углерода, приводят с выходом 40—95 % к соответствующим стерео-изомерным бициклическим эфирам 32, 33 8.
Me Me
Me Me
oXo CHN2 Rh^0Ac\
СГ О
Me.
Me
V
-n2
40-95%
S
31
Схема 11
Q О
33
внедрения карбена по связи С-Н ароматического кольца и продукт внедрения по связи С-Н бензильного заместителя 37 (схема 12).
Межмолекулярные реакции С—О внедрения алкоксикарбонилкарбенов позволяют создавать методы перехода от 1,3- к 1,4-диокса-циклоалканам. Так, взаимодействие moho-, ди-и тризамещенных 1,3-диоксоланов 38 с метилди-азоацетатом в присутствии BF3-OEt2, Cu(OTf)2, CuS04 Rh2(CF3C02)4, ШР(С6Н5)з)зС1, CuCl и Rh2(OAc)4 приводит к соответствующим 1,4-диоксанкарбоксилатам 39. При этом наблюдается расширение диоксоланового кольца в результате внедрения карбена по С(2)-0(1) связи 2-моно- и 2,2-дизамещенных- 1,3-диоксо-
ланов
R\ Я
XX
N2CHC02Me [кат]
О 38
R1=R2=R3=alkyl, alkenyl, Ph n=0,l,2,3; [катъ=Си, Pd, Rh
Схема 13
39
Ph N CHN
N2CHC02Me
/ -
Rh2(OAc)4
40
© X
le
CHC02Me
41
34
35
Me02C X Me02C yx
>=0
Схема 12
В работе 9 из гетероциклического диазоа-цетамида 34 был получен соответствующий бициклический 1,3-диоксан 35 за счет внедрения промежуточного карбена по С(4)—Н связи углерод-водород диоксанового фрагмента. Отмечается, что параллельно протекает ароматическое циклоприсоединение с образованием соответствующего гептатриена 36 - продукта
42
43
R=Me, РЬ, Х=0,Б Схема 14
Отмечается, что добавление солей имида-золия в качестве сокатализатора приводит к увеличению выхода диоксанкарбоксилатов 39 и позволяет использовать каталитическую систему до 5 раз 11. Взаимодействие 2-алкенил-1,3-диоксо- и 1,3-оксатиоланами 40 с метилди-азоацетатом в присутствии Ш12(ОАс)4 протекает с образованием продуктов внедрения по связи С—X 42 и [2,3]-сигматропной перегруппировки 43. Отсутствие продуктов циклопри-соединения метилена по связи С=С в реакционной массе и расположение заместителей в
полученных продуктах свидетельствует о том, что реакция протекает через образование одного илида 41, который получается при атаке метоксикарбонилкарбена, координированного ацетатом родия, по связи Х-С(2). Селективность образования продуктов перегруппировки Стивенса 42 и [2,3]-сигматропной перегруппировки 43 определяется влиянием как электронных так и стерических факторов заместителей.
Литература
1. Pirrung М. е., Werner J. A. Intramolecular generation and [2,3]-sigmatropic rearrangement of oxonium ylides // J. Am. Chem. Soc.- 1986.— V.108, №19.- Pp. 6060-6062.
2. Ferris L., Haigh D., Moody C. J. New chiral rhodium(II) carboxylates and their use as catalysts in carbenoid transformations // Tetrahedron Lett.- 1996,- V. 37, №1,- Pp. 1.07-110.
3. Crackett P. H., Sayer P., Stoodley R. J., Greengrass C. W. Total synthesis of analogues of the [small beta]-lactam antibiotics. Part 6. (6R*)-
utoxycarbonyl)-2-methoxycarbonyl-3-oxacepham 1,1-dioxides //J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1,- 1991, №5,- Pp. 1235-1243.
4. Brogan J. В., Zercher С. K., Bauer С. В., Rogers R. D. Study of the rearrangements of oxonium ylides generated from ketals // J. Org. Chem.-1997,- V.62, №12,- Pp.3902-3909.
5. Roskamp E. J., Johnson C. R. Generation and rearrangements of oxonium ylides // J. Am. Chem. Soc.- 1986,- V.108,'№19,- Pp.60626063.
6. Oku A., Murai N., Baird J. Three- and four-carbon elongating ring expansion of cyclic acetals to medium-sized dioxacycloalkenones. Use of the intramolecular formation of oxonium ylides // J. Org. Chem. - 1997,- V.62, №7. - Pp.21232129.
7. Doyle M. P., Ene D. G., Forbes D. C., Tedrow J. S. Highly enantioselective oxonium ylide formation and Stevens rearrangement catalyzed by chiral dirhodium(II) carboxamidates // Tetrahedron Lett.- 1997,- V.38, №25 -Pp. 4367-4370.
8. Tester R. W., West F. G. Medium ring ethers via [1,2] shift of acetal-derived oxonium ylides // Tetrahedron Lett.- 1998,- V.39," №26 -Pp. 4631-4634.
9. Wenkert E., Khatuya H. The effect of substitutents of or-alkyl sidechains on furan-diazoester interactions. // Tetrahedron Lett.— 1999,- V.40, №30,- Pp. 5439-5442.
10. Sultanova R. M., Khanova M. D., Dokichev V. A. Catalytic Interaction of 1,3-Diheteracycloalkanes with Diazocompounds // ARKIVOC.- 2009,-No (IX).- Pp.236-247.
11. Иванова, Л. H.; Султанова, Р. М.; Злотский, С. С., Влияние имидазолиевых солей на каталитическое взаимодействие 1,3-диоксоланов с ме-тилдиазоацетатом // ЖОрХ,- 2011,- Т 81, №1,- С.110-112.
Таким образом, катализируемые комплексами металлов меж- и внутримолекулярные реакции С—О внедрения диазокарбонильных соединений можно рассматривать как удобный стереоселективный метод синтеза полифункциональных кислородсодержащих гетероциклических соединений, многие из которых обладают широким спектром биологической активности.
References
1. Pirrung М. е., Werner J. A. [Intramolecular generation and [2,3]-sigmatropic. rearrangement of oxonium ylides], J. Am. Chem. Soc., 1986, v. 108, no.19, pp.6060-6062.
2. Ferris L., Haigh D., Moody C. J. [New chiral rhodium(II) carboxylates and their use as catalysts in carbenoid transformations]. Tetrahedron Lett., 1996, v.37, no.l, pp.107-110.
3. Crackett P. H., Sayer P., Stoodley R. J., Greengrass C. W. [Total synthesis of analogues of the [small beta]-lactam antibiotics. Part 6. (6R*)-4( t-butoxycarbony 1 )-2-methoxycar bony 1-3-oxacepham 1,1-dioxides], J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1991, no.5, pp. 1235-1243.
4. Brogan J. В., Zercher C. 1С., Bauer С. В., Rogers R. D. [Study of the Rearrangements of Oxonium Ylides Generated from Ketals], J. Org. Chem., 1997, v. 62, no. 12, pp. 3902-3909.
5. Roskamp E. J., Johnson C. R. [Generation and rearrangements of oxonium ylides], J. Am. Chem. Soc., 1986, v. 108, no.19, pp. 6062-6063.
6. Oku A., Murai N., Baird J. [Three- and Four-Carbon Elongating Ring Expansion of Cyclic Acetals to Medium-Sized Dioxacycloalkenones. Use of the Intramolecular Formation of Oxonium Ylides], J. Org. Chem. , 1997, v. 62, No 7, pp. 2123-2129.
7. Doyle M. P., Ene D. G., Forbes D. C., Tedrow J. S. [Highly enantioselective oxonium ylide formation and Stevens rearrangement catalyzed by chiral dirhodium(II) carboxamidates]. Tetrahedron Lett., 1997, v. 38, no.25, pp. 4367-4370.
8. Tester R. W., West F. G. [Medium ring ethers via [ 1,2]-shift of acetal-derived oxonium ylides]. Tetrahedron Lett., 1998, v.39, no.26, pp. 46314634.
9. Wenkert E., Khatuya H. [The effect of substitutents of a-alkyl sidechains on furan-diazoester interactions]. Tetrahedron Lett.., 1999, v. 40, no.30, pp. 5439-5442.
10. Sultanova R. M., Khanova M. D., Dokichev V.A. [Catalytic Interaction of 1,3-Diheteracycloalkanes with Diazocompounds], ARKIVOC, 2009 No (IX) , pp. 236-247.
11. Ivanova L. N., Sultanova R. M., Zlotskii S.S. [Effect, of imidazolium salts on the catalytic reaction of 1,3-dioxolanes with methyl diazoacetate], Rus. J. Gen. Chem., 2011, v. 81, no.l, pp. 106-108.
