CC BY
37
УДК 547.333+544.473+546.723
Р. Н. Шахмаев (к.х.н., доц.), А. Ш. Сунагатуллина (к.х.н., доц.), Э.А. Абдуллина (магистрант), В. В. Зорин (чл.-корр. АН РБ, д.х.н., проф., зав. каф.)
Fe-КАТАЛИЗИРУЕМОЕ КРОСС-СОЧЕТАНИЕ 3-ХЛОРПРОП-2-ЕН-1-ИЛАМИНОВ С PhMgBr В ПРИСУТСТВИИ ТМЭДА
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; e-mail: [email protected]
R. N. Shakhmaev, A. Sh. Sunagatullina, E. A. Abdullina, V. V. Zorin
Fe-CATALYZED CROSS-COUPLING OF 3-CHLOROPROP-2-EN-1-YLAMINES WITH PhMgBr IN THE PRESENCE OF TMEDA
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia; e-mail: [email protected]
На основе Ре(аеае)з/ТМЭДА — катализируемого кросс-сочетания стереохимически чистых 3-хлорпроп-2-ен-1-иламинов, полученных алли-лированием аминов промышленно доступными изомерами 1,3-дихлорпропена, с PhMgBr разработан стереоселективный метод синтеза (Е)-и (2)-3-фенилпроп-2-ен-1-иламинов. При взаимодействии фенилмагнийбромида со стереохимичес-ки чистыми (Е)- и (2)-изомерами 1-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)пиперидина и 4-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)-морфолина в присутствии 1% мол Ре(аеае)3 и 5% мол ТМЭДА в тетрагидрофуране с высокими выходами образуются соответствующие изомеры 1-(3-фенилпроп-2-ен-1-ил)пиперидина и 4-(3-фенилпроп-2-ен-1-ил)морфолина.
Ключевые слова: аллиламины; 1,3-дихлор-пропен; 3-хлорпроп-2-ен-1-иламин.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках выполнения базовой части госзадания (проект №№49)
A stereoselective synthesis of (E)- and (Z)-3-phenyiprop-2-en-i-yiamines based on Fe(acac)3/ TMEDA catalyzed cross-coupling of stereochemical^ pure 3-chloroprop-2-en-1-ylamines with PhMgBr was developed. Initial 3-chloroprop-2-en-i-ylamines were obtaining by allylation of amines by available isomers of 1,3-dichlopropene. The cross-coupling of PhMgBr with stereochemically pure (E)- and (Z)-isomers of 1-(3-chloroprop-2-en-1-yl)piperidine and 4-(3-chloroprop-2-en-1-yl)morpholine in the presence of 1% mol Fe(acac)3 and 5% mol TMEDA in THF affordes corresponding isomers of 1-(3-phenylprop-2-en-1-yl)piperidine and 4-(3-phenylprop-2-en-1-yl)morpholine in high yields.
Key words: allylamines; 1,3-dichloropropene; 3-chloroprop-2-en-1-ylamine.
The work was supported by the Russian Ministry of Education as part of the base part goszadaniya (project №№49)
Аллиламины привлекают повышенное внимание исследователей в связи с их распространенностью в природе, высоким синтетическим потенциалом и широким использованием в качестве лекарственных препаратов. Ал-лиламинный фрагмент входит в структуру
многих алкалоидов 1,2, цитозинина 3, габаку-
4 5
лина , валиенамина и других природных соединений. Аллиламины используются в синтезе аминокислот 6, алкалоидов 7, аминосахаров 8 и других биологически активных веществ.
Дата поступления 7.03.15
Большое практическое значение имеют промышленные лекарственные препараты аллила-минной группы. Тербинафин и нафтифин применяются в медицине как противогрибковые средства при лечении различных микозов 9,10, Блокаторы кальциевых каналов циннаризин и флунаризин используются при атеросклерозе сосудов головного мозга, ишемическом инсульте, черепно-мозговых травмах, головокружении, морской болезни, мигрени, эпилепсии и других заболеваниях 11,12,
Среди большого многообразия существующих методов синтеза аллиламинов основными являются реакции нуклеофильного аллиль-ного замещения, электрофильного аминирова-ния алкенов, сигматропные перегруппировки, методы С-Н-активации, которые подробно освещены в обзорах 13,14. Однако данные о сте-реонаправленных методах синтеза аллилами-нов с заданной конфигурацией двойной связи весьма ограничены 15,16.
Ранее нами был разработан общий метод синтеза (Е)- и ^)-аллиламинов на основе кросс-сочетания стереохимически чистых 3-хлорпроп-2-ен-1-иламинов 17 с реагентами Гри-ньяра с использованием каталитической системы Ре(асас)3/М-метилпирролидон (ЫМР) 10,18. В отличие от алифатических магнийорганичес-ких соединений при взаимодействии PhMgBг с 3-хлорпроп-2-ен-1-иламинами для достижения максимального выхода 3-фенилпроп-2-ен-1-иламинов требуется увеличение загрузки реагента Гриньяра (1.8 экв), часть которого расходуется на протекание побочного гомосочета-ния PhMgBг с образованием дифенила. Кроме того, используемый в эквимолярных количествах ЫМР не вполне толерантен в изученных условиях к нуклеофильной атаке высоко реак-ционноспособного PhMgBг по амидной группе.
С целью оптимизации синтеза 3-фенил-проп-2-ен-1-иламинов нами осуществлен поиск более эффективной каталитической системы для кросс-сочетания 3-хлорпроп-2-ен-1-илами-нов с PhMgBг. Установлено, что при взаимодействии фенилмагнийбромида со стереохими-чески чистыми (Е)- и ^)-изомерами 1-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)пиперидина (1, 2) и 4-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)морфолина (3, 4) в присутствии 1% мол Бе(асас)3 и 5% мол ТМЭ-ДА в тетрагидрофуране образуются соответствующие изомеры 1-(3-фенилпроп-2-ен-1-ил)-пиперидина (5, 6) и 4-(3-фенилпроп-2-ен-1-ил)-морфолина (7, 8). При этом (Е)-аллиламины (5 и 7) образуются стереоспецифично с высокими выходами (92—93 %), для ^)-аллилами-нов (6 и 8) наблюдается некоторое снижение выходов (82—84 %) и стереоселективности ^/Е
95:5). Существенным преимуществом использования ТМЭДА в качестве лиганда является заметное снижение образования дифенила, что позволило уменьшить загрузку PhMgBг до 1.3 экв (схема 1).
Структура, стереохимическая чистота и конфигурация заместителей при двойной связи полученных соединений была подтверждена ГЖХ-анализом, данными ИК-, ЯМР-спект-роскопии и хромато-масс-спектрометрии. КССВ винильных атомов водорода (Е)-3-фенилпроп-2-ен-1-иламинов (5, 7) составляет 15.8—15.9 Гц, в отличие от их ^)-аналогов (6, 8), КССВ которых находится в пределах 11.6—11.8 Гц. Доказательством пространственной конфигурации синтезированных аллиламинов также является смещение химического сдвига ал-лильных С-атомов транс-аллиламинов примерно на 4—5 м.д. в более слабое поле по сравнению с аналогичными атомами углерода соответствующих цис-изомеров.
Экспериментальная часть
ИК спектры записаны в тонком слое на ИК Фурье-спектрофотометре IRPгestige-21 Shimadzu. Спектры ЯМР и 13С записаны в СЭС13 на приборах Bгukeг АМ-300 [300.13 (*Н) и 75.47 МГц (13С)]. Химические сдвиги в спектрах ЯМР 1Н измеряли относительно ТМС, в спектрах ЯМР 13С относительно сигнала растворителя (8С 77.0 м.д.). Хроматогра-фический и масс-спектральный анализ проводили на хромато-масс-спектрометре GCMS-QP2010S Shimadzu (электронная ионизация при 70 эВ, диапазон детектируемых масс 33— 350 Да). Использовали капиллярную колонку HP-1MS (30 м х 0.25 мм х 0.25 мкм), температура испарителя 280 оС, температура ионизационной камеры 200 оС. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 50 до 300 оС со скоростью 10 оС/мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин). Раствор PhMgBг в ТГФ получали по известной методике 19. (Е)- и ^)-3-хлорпроп-2-ен-1-иламины синтезировали согласно ранее разработанным методикам 18,20.
а
X
+ PhMgBr
Fe(acac)3 ТМЭДА
ТГФ, 20оС, 1 ч
Е-1, 1-2 (Х=С) Е-3,1-4 (Х=0)
Е-5,1-6 (Х=С) Е-7, 1-8 (Х=0)
X
Схема 1
1-[(2Е)-3-фенилпроп-2-ен-1-ил]пипери-дин (5). К раствору 0.207 г (1.3 ммоль) 1-[(2£)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]пиперидина (1), 4.6 мг (1% мол) Fe(acac)3 и 6 мкл (5% мол) ТМЭДА в 2 мл ТГФ медленно приливали при 0 оС в атмосфере аргона 1.7 мл 1 М рас-твора PhMgBr в ТГФ, перемешивали при комнатной температуре в течение 1 ч. Затем приливали 1 мл воды и 5 мл диэтилового эфира, органический слой отделяли, водный слой обрабатывали диэтиловым эфиром (2x5 мл). Объединенные органические слои промывали насыщенным раствором NaCl, сушили Na2SO4 и концентрировали. Продукт реакции выделяли методом колоночной хроматографии (SiO2, гексан — этилацетат, 9:1^3:1). Выход 0.241 г (92%), маслообразное вещество. ИК спектр, v, см-1: 2934, 2853, 2794, 2755, 1443, 1154, 1111, 966, 738, 692. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 1.37-1.70 м (6H, 2CH^CH2N, CH2CH2CH2N), 2.43 уш.с (4H, CH2N), 3.11 д (2H, C%, J 6.5 Гц ), 6.30 д.т (1H, C2H, JmpaHC 15.9, 6.5 Гц), 6.49 д (1H C3H, JmpaHc 15.9 Гц), 7.18-7.45 м (5H, CH^ ) Спектр ЯМР 13С, 8, м.д.: 24.21 (CH2CH2CH2N) 25.86 (2CH2CH2N) 54.47 (2CH2N), 61.75 (C1) 126.16 (2Шар), 127.12 (C2), 127.24 (Шар) 128.41 (2Шар), 132.52 (C3), 136.98 (C^ ) Масс-спектр, m/z (1отн, %): 201 (14) [M]+, 200 (14), 117 (44), 115 (31), 110 (100), 98 (21), 91 (16), 84 (13), 55 (9), 42 (12), 41 (12).
1-[(2Z)-3-фенилпроп-2-ен-1-ил]пипери-дин (6) получен из 2 аналогично 5. Выход 0.219 г (84%), маслообразное вещество. ИК спектр, v, см-1: 2933, 2853, 2781, 2745, 1443, 1298, 1153, 1113, 770, 698. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 1.36-1.69 м (6H, 2CH^CH2N, CH^CH2CH2N), 2.40 уш.с (4H, CH2N), 3.25 д (2H, C1^, J 6.4 Гц ), 5.82 д.т (1H, C2H, J4UC 11.6, 6.4 Гц), 6.55 д (1H, C3H, J^c 11.6 Гц), 7.20-7.43 м (5H, CH^ ). Спектр ЯМР 13С,
8, м.д.: 24.21 (CH2CH2CH2N), 25.91 (2CH2CH2N) 54.61 (2CH2N), 57.02 (C1), 126.67 (CH^ ), 128.02 (2Шар), 128.83 (2Шар ), 130.18 (C2), 130.70 (C3), 137.19 (C-ф). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 201 (11) [M]+, 200 (16), 118 (9), 117 (41), 115 (32), 110 (100), 98 (25), 91 (17), 84 (17), 42 (14), 41 (14).
4-[(2Е)-3-фенилпроп-2-ен-1-ил]морфо-лин (7) получен из 3 аналогично 5. Выход 0.245 г (93%), маслообразное вещество. ИК спектр, v, см-1: 2957, 2854, 2806, 1452, 1118, 1007, 968, 869, 740, 693. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 2.49 т (4H, CH2N, J 4.4 Гц), 3.14 д (2H, C*H2, J 6.8 Гц ), 3.73 т (4H, CH2O, J 4.4 Гц), 6.25 д.т (1H, ^H, Jmpанc 15.8, 6.8 Гц), 6.53 д (1H, ^H, Jmpanc 15.8), 7.19-7.45 м (5H, СТар). Спектр ЯМР 13С, 8, м.д.: 53.54 (2CH2N), 61.30 (C1), 66.81 (2CH2O), 125.92 (C2), 126.19 (2Шар), 127.42 (Шар ), 128.44 (2CH^), 133.23 (C3), 136.68 (Cар). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 203 (23) [M]+, 144 (12), 118 (13), 117 (67), 116 (11), 115 (45), 112 (100), 104 (11), 91 (23), 86 (16), 56 (34).
4-[(2Z)-3-фенилпроп-2-ен-1-ил]морфо-лин (8) получен из 4 аналогично 5. Выход 0.217 г (82%), маслообразное вещество. ИК спектр, v, см-1: 2956, 2857, 2803, 1452, 1119, 1076, 1007, 783, 739, 700. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 2.45 т (4H, CH2N, J 4.4 Гц), 3.27 д (2H, C*H2, J 6.4 Гц ), 3.71 т (4H, CH2O, J 4.4 Гц), 5.77 д.т (1H, ^H, J4UC 11.8, 6.4 Гц), 6.59 д (1H, ^H, J4UC 11.8), 7.18-7.45 м (5H, ОТар ). Спектр ЯМР 13С, 8, м.д.: 53.57 (2CH2N), 56.48 (C1), 66.87 (2OCH2), 126.85 (СТар ), 128.05 (2Шар), 128.77 (2Шар ), 128.86 (C2), 131.59 (C3), 136.86 (C-ф). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 203 (17) [M]+, 202 (12), 144 (14), 118 (13), 117 (65), 115 (43), 112 (100), 100 (14), 91 (24), 86 (16), 56 (25).
Литература
1. Bonjoch J., Sole D. Synthesis of Strychnine // Chem. Rev.- 2000.- V. 100.- P. 3455-3482.
2. Shibasaki M., Ohshima T. Chapter 3 Recent Studies on the Synthesis of Strychnine // The Alkaloids.- 2007.- V. 64.- P. 103-138.
3. Otake N., Takeuchi S., Endo T., Yonehara H. Structure of cytosinine, a structural component of blasticidin s // Tetrahedron Lett.- 1965.-V. 6.- P.1405-1409.
4. Kobayashi K., Miyazawa S., Terahara A., Mishima H., Kurihara H. Gabaculine: y-amino-butyrate aminotransferase inhibitor of microbial origin // Tetrahedron Lett.- 1976.- V.17.-P. 537-540.
5. Kameda Y., Horii S. The unsaturated cyclitol part of the new antibiotics, the validamycins // J.
References
1. Bonjoch J., Sole D. [Synthesis of Strychnine], Chemical Reviews, 2000, v.100, pp. 3455-3482. doi: 10.1021/cr9902547
2. Shibasaki M., Ohshima T. [Chapter 3 Recent Studies on the Synthesis of Strychnine]. The Alkaloids, 2007, v.64, pp. 103-138. doi: 10.1016/ S1099-4831(07)64003-6
3. Otake N., Takeuchi S., Endo T., Yonehara H. [Structure of cytosinine, a structural component of blasticidin s]. Tetrahedron Letters, 1965, v. 6, pp. 1405-1409. doi: 10.1016/S0040-4039(00)90079-0
4. Kobayashi K., Miyazawa S., Terahara A., Mishima H., Kurihara H. [Gabaculine: y-aminobutyrate aminotransferase inhibitor of microbial origin]. Tetrahedron Letters, 1976, v.
Chem. Soc., Chem. Commun.- 1972.- P. 746-747.
6. Spangenberg T., Schoenfelder A., Breit B., Mann
A. A. New Method for the Synthesis of Chiral в-Branched a-Amino Acids // Org. Lett.- 2007.-V. 9.- P. 3881-3884.
7. Martin D.B.C., Nguyen L.Q., Vanderwal C.D. Syntheses of Strychnine, Norfluorocurarine, Dehydrodesacetylretuline, and Valparicine Enabled by Intramolecular Cycloadditions of Zincke Aldehydes // J. Org. Chem.- 2012.-V. 77.- P.17-46.
8. Chen X., Fan Y., Zheng Y., Shen Y. Properties and Production of Valienamine and Its Related Analogues // Chem. Rev.- 2003.- V.103.-P. 1955-1978.
9. Gupta A.K., Shear N.H. Terbinafine: An update // J. Am. Acad. Dermatol.- 1997.- V.37.-P. 979-988.
10. Шахмаев Р.Н., Сунагатуллина А.Ш., Зорин В.В. Стереонаправленный синтез аллила-минов на основе Fe-катализируемого кросс-сочетания 3-хлорпроп-2-ен-1-иламинов с реактивами Гриньяра. Синтез нафтифина // ЖОpX.- 2014.- T. 50, №3.- C. 334-343.
11. Calcium Regulation by Calcium Antagonists. (ACS Symp. 201). / Ed. R.G. Rahwan, D.T. Witiak, 1982.
12. Шахмаев Р.Н., Сунагатуллина А.Ш., Зорин
B.В. Fe-катализируемый синтез циннаризина // ЖОpX.- 2015.- T. 51, №1.- C. 98-100.
13. Cheikh R.B., Chaabouni R., Laurent A., Mison P., Nafti A. Synthesis of Primary Allylic Amines // Synthesis.- 1983.- P. 685-700.
14. Johannsen M., Jorgensen K.A. Allylic Amination // Chem. Rev.- 1998.- V. 98.- P. 1689-1708.
15. Candeias N.R., Montalbano F., Cal P.M.S.D., Gois P.M.P. Boronic Acids and Esters in the Petasis-Borono Mannich Multicomponent Reaction // Chem. Rev.- 2010.- V.110.-P. 6169-6193.
16. Prediger P., Barbosa L.F., Genisson Y., Correia
C.R.D. Substrate-Directable Heck Reactions with Arenediazonium Salts. The Regio- and Stereoselective Arylation of Allylamine Derivatives and Applications in the Synthesis of Naftifine and Abamines // J. Org. Chem.-2011.- V.76.- P. 7737-7749.
17. Тахаутдинова А. У., Миндиярова Э. Р., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Реакции (E)- и (Z)-1,3-дихлорпропенов с вторичными аминами // ЖПХ.- 2011.- T.84, №3.- C.513-515.
18. Шахмаев Р.Н., Сунагатуллина А.Ш., Зорин В.В. Fe-катализируемое кросс-сочетание 3-хлорпроп-2-ен-1-иламинов с втор-бутилмагний-бромидом // ЖОХ.- 2014.- T.84, №8.-C.1394-1396.
19. Wakefield B.J. Organomagnesium methods in organic synthesis. London: Academic Press, 1995.- 249 p.
20. Тахаутдинова А.У., Ишбаева А.У., Сунагатуллина А.Ш., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Реакции нуклеофильного замещения с участием (Е)-и ^)-1,3-дихлорпропена // БХЖ.- 2010.— Т. 17, №3.- С. 39-41.
17, pp. 537-540. doi: 10.1016/S0040-4039(00)77904-4
5. Kameda Y., Horii S. [The unsaturated cyclitol part of the new antibiotics, the validamycins]. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1972, pp. 746-747. doi: 10.1039/C39720000746
6. Spangenberg T., Schoenfelder A., Breit B., Mann A. [A New Method for the Synthesis of Chiral /5-Branched a-Amino Acids]. Organic Letters, 2007, v.9, pp.3881-3884. doi: 10.1021/ol071305m
7. Martin D.B.C., Nguyen L.Q., Vanderwal C.D. [Syntheses of Strychnine, Norfluorocurarine, Dehydrodesacetylretuline, and Valparicine Enabled by Intramolecular Cycloadditions of Zincke Aldehydes]. Journal of Organic Chemistry, 2012, v. 77, pp. 17-46. doi: 10.1021/ jo2020246
8. Chen X., Fan Y., Zheng Y., Shen Y. [Properties and Production of Valienamine and Its Related Analogues]. Chemical Reviews, 2003, v. 103, pp. 1955-1978. doi: 10.1021/cr0102260
9. Gupta A.K., Shear N.H. [Terbinafine: An update]. Journal of American Academy of Dermatology, 1997, v. 37, pp. 979-988. doi: 10.1016/S0190-9622(97)70076-8
10. Shakhmaev R.N., Sunagatullina A.Sh., Zorin V.V. [Stereoselective synthesis of allylamines by iron-catalyzed cross-coupling of 3-chloroprop-2-en-1-amines with grignard reagents. Synthesis of naftifine]. Russian Journal of Organic Chemistry, 2014, v. 50, no. 3, pp. 322-331. doi: 10.1134/S1070428014030038
11. [Calcium Regulation by Calcium Antagonists. (ACS Symp. 201)]. Ed. R.G. Rahwan, D.T. Witiak, 1982.
12. Shakhmaev R.N., Sunagatullina A.Sh., Zorin V.V. [Iron-catalyzed synthesis of cinnarizine]. Russian Journal of Organic Chemistry, 2015, v. 51, no. 1, pp. 95-97. doi: 10.1134/ S1070428015010169
13. Cheikh R.B., Chaabouni R., Laurent A., Mison P., Nafti A. [Synthesis of Primary Allylic Amines]. Synthesis, 1983, pp. 685-700. doi: 10.1055/s-1983-30473
14. Johannsen M., Jorgensen K.A. [Allylic Amination]. Chemical Reviews, 1998, v. 98, pp. 1689-1708. doi: 10.1021/cr970343o
15. Candeias N.R., Montalbano F., Cal P.M.S.D., Gois P.M.P. [Boronic Acids and Esters in the Petasis-Borono Mannich Multicomponent Reaction].Chemical Reviews, 2010, v. 110, pp. 6169-6193. doi: 10.1021/cr100108k
16. Prediger P., Barbosa L.F., Genisson Y., Correia C.R.D. [Substrate-Directable Heck Reactions with Arenediazonium Salts. The Regio- and Stereoselective Arylation of Allylamine Derivatives and Applications in the Synthesis of Naftifine and Abamines]. Journal of Organic Chemistry, 2011, v. 76, pp. 7737-7749. doi: 10.1021/jo201105z
17. Takhautdinova A.U., Mindiyarova E.R., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. [Reactions of (E)-and (Z)-1,3-dichloropropenes with secondary amines]. Russian Journal of Applied Chemistry, 2011, v. 84, no. 3, pp. 504-506. doi: 10.1134/ S1070427211030293
18. Shakhmaev R.N., Sunagatullina A.Sh., Zorin V.V. [Fe-catalyzed cross-coupling of 3-chloroprop-2-en-1-ylamines with sec-butylmagnesium bromide]. Russian Journal of General Chemistry, 2014, v. 84, no. 8, pp. 1638-1640. doi: 10.1134/ S1070363214080349
19. Wakefield B.J. Organomagnesium methods in organic synthesis. London: Academic Press, 1995. 249 p.
20. Takhautdinova A.U., Ishbaeva A.U., Sunagatullina A.Sh., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. Reaktsii nukleofil'nogo zamescheniya s uchastiem (E)- i (Z)-1,3-dikhlorpropena [Reactions of nucleophilic substitution of (E)-and (Z)-1,3-dichloropropene]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2010, v. 17, no. 3, pp. 39-41.
