CC BY
38
УДК 547.551:547.467.2:541.128
КАТАЛИЗИРУЕМОЕ КОМПЛЕКСОМ Ru2(OAc)4Cl ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТИЛДИАЗОАЦЕТАТА С ЗАМЕЩЕННЫМИ АНИЛИНАМИ
© А. В. Майданова1, А. Д. Бакеева2, Р. М. Султанова1, Р. З. Биглова2, В. А. Докичев1*
1 Институт органической химии Уфимского научного центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 7I.
Тел./факс: +7 (347) 235 56 77.
2Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
Тел./факс: +7 (347) 272 32 29.
E-mail: [email protected]
Взаимодействием замещенных анилинов с метилдиазоацетатом в присутствии Ru2(OAc)4Cl с выходами до 9I%o синтезированы N-арилзамещенные метилглицинаты. Методом конкурирующих реакций установлена относительная реакционная способность ароматических аминов.
Ключевые слова: замещенные анилины, метилдиазоацетат, рутениевый катализ, реакция внедрения.
Катализируемое соединениями переходных металлов внедрение алкоксикарбонилкарбенов, генерируемых из диазоэфиров, в связь Ы-Н широко используется в синтезе физиологически активных Ы-замещенных эфиров глицина и гетероциклических соединений [1-3]. Например, катализируемая комплексом ЯЬ2(ОЛс)4 внутримолекулярная реакция а-ацилдиазоацетатов, содержащих азетидино-вый фрагмент, является удобным методом получения бициклических Р-лактамных антибиотиков [4]. В качестве катализаторов аналогичных реакций также применяют Си, СиБО4, СиС1, СиСЫ, ТрхСи и ЯЬ2(ОЛс)4 [5-8]. Однако перечисленные катализаторы не всегда эффективны и региоселективны, так как в их присутствии легко протекает как внутри-, так и межмолекулярное взаимодействие диазокар-бонильных соединений по связям С-Н, О-Н, С=С и С=О [9]. Показано, что комплексы рутения Яи(ТМР)СО, [КиС1(п5-С5Н5)(РРЬ3)2] катализируют внедрение алкоксикарбонилкарбенов по связям О-Н, Б-Н и Ы-Н [10, 11].
Ранее нами было впервые установлено, что Яи2(ОЛс)4С1 является эффективным катализатором внедрения метоксикарбонилкарбена, генерируемого из метилдиазоацетата, по связи Ы-Н первичных и вторичных алифатических аминов [12]. В настоящей работе изучено взаимодействие ароматических аминов с Ы2СНСО2Ме в его присутствии. В качестве исходных аминов использованы анилин
(1а), 2-метиланилин (1Ь), 2-метоксианилин (1с), Ы-аллиланилин (Ы), 2-(циклопент-2-енил)анилин (1е), 2-нитроанилин (11), 2-аминофенол (1§),
2-хлоранилин (1Ь), 2,4-диброманилин (И).
Реакцию проводили при 75 °С путем прибавления раствора Ы2СНСО2Ме в бензоле в течение 30 мин к бензоловому раствору амина и Яи2(ОЛс)4С1, при мольном соотношении амин : Ы2СНСО2Ме : катализатор = 50 : 50 : 1. Взаимодействие ароматических аминов 1а-1 с метилдиазоацетатом в выбранных условиях протекает региоселективно по связи Ы-Н с образованием продуктов однократного ме-токсикарбонилкарбена - Ы-арилзамещенных эфиров глицина 2а-1 - с выходами 33-91% (табл.).
В случае анилинов Ы,е продукты циклопропанирования и внутримолекулярной перегруппировки в реакционной массе обнаружены не были. Взаимодействие Ы2СНСО2Ме с замещенными анилинами, имеющих в орто-положении электронодо-норные заместители (метил, метоксил, циклопен-тенил) или атом хлора протекает с высокими выходами. В то же время, реакция метилдиазоаце-тата с производными анилина, имеющими в орто-положении окси-, нитро-группу или атомы брома приводит к образованию соответствующих метилглицинатов 21,§,1 с выходами 18-33%. Полученные результаты подтверждают специфический эффект орто-заместителей ароматических соединений [18].
R
R1 I
NH
Ж,
N2CHCO2Me
[Ru]
C6H6, 75oC R3.
•Ж.
R1 I
NCH2CO2Me
1a-i
R1=R2=R3= H (a) R1=R3= H, R2= CH3 (b)
2a-i
R1=R3= H, R2= OCH3 (c) R2=R3= H, R1= CH2CH=CH2 (d) R1=R3= H, R2=—Q (e)
R1=R3= H, R2= NO2 (f) R1=R3= H, R2= OH (g) R1=R3= H, R2= Cl (h) R1=H, R2= R3= Br (і)
+
* автор, ответственный за переписку
Таблица
Выход продуктов реакции, относительная реакционная способность (£ге1), основность (рКа) ароматических аминов
Амин Продукт Выход, % рКа [13-17] ^ге1
ЫИ7
ы
NИCИ2CИ=CИ2
1е
И
1ё
1Ь
11 ВГ
ЫН2
ЫН2
ЫО2 ЫН2
ОН
ЫН2
С1
ЫН2
Вг
2а
2Ь
2с
2е
21
2§
2И
21
. Вг
ЫНСН2СО2СН3
ЫНСН2СО2СН3
СН3
ЫНСН2СО2СН3
ОСН3
СН2СО2СН3
ЫСН2СН=СН2
ЫНСН2СО2СН3
NИCИ2CO2CИз
ЫО2
ЫНСН2СО2СН3
ОН
ЫНСН2СО2СН3
С1
ЫНСН2СО2СН3
71
87
71
43
91
18
35
80
33
4.69
4.54
4.62
4.17
-0.22
9.97
2.74
1.87
1.0480
0.5708
0.1760
0.5341
0.1775
0.2055
0.7870
0.2973
Для определения относительной реакционной способности ароматических аминов методом конкурирующих реакций было исследовано взаимодействие анилина 1а и аминов 1Ь—1 с Ы2СНСО2Ме в присутствии Яи2(ОЛс)4С1 (табл.). Относительную реакционную способность определяли при 75 °С путем прибавления раствора метилдиазоацетата в бензоле к смеси, содержащей анилин 1а и исследуемый амин 1Ь—1 при мольном соотношении
1а : 1Ь-1 : Ы2СНСО2Ме : Яи2(ОЛс)4С1 = 50 : 50 : 50 : 1. Из числа изученных аминов только о-толуидин 1Ь проявляет активность, сравнимую с анилином. Для других о-замещенных анилинов 1Ь—1 значение относительной константы скорости (Лге1) >> 1. Полученные значения относительной реакционной способности исследованных аминов не поддаются прямой корреляции с данными об их основности [13-17], что, вероятно, обусловлено пространст-
1
венными эффектами заместителей, находящихся в о-положении ароматических соединений [18].
Необходимо отметить, что в отличие от соединений меди и родия в присутствии Ru2(OAc)4Cl образования димеров метоксикарбонилкарбена -диметилмалеата и диметилфумарата - в реакционных массах не наблюдается.
Таким образом, установлено, что Ru2(OAc)4Cl является эффективным и региоселективным катализатором получения метиловых эфиров N-арил-замещенных глицинов по реакции замещенных анилинов с метилдиазоацетатом.
Экспериментальная часть
Спектры ЯMP 1Н и 13С регистрировали на спектрометре «Bruker AM-300» (300.13 и 75.47 M^ соответственно) в CDCl3 или C6D6; внутренний стандарт - SlMe4. ИК спектры получали на приборе «Specord M82-63» в тонком слое. Mасс-спектры получали на масс-спектрометре «Thermo Flnnlgan MAT 95 XP» (ЭУ, 70 эВ, температура ионизирующей камеры 250 “С, температура прямого ввода 50-250 °С, скорость нагрева 10 град/мин). За ходом реакций следили с помощью ТСХ (пластинки Sllu-fol фирмы «Merck», элюент - хлороформ : метанол = 9 : 1). Анилин, 2-аминофенол, 2-метоксианилин, 2-метиланилин, 2-нитроанилин, 2-хлоранилин,
2,4-диброманилин, N-аллиланилин, - коммерческие препараты. Бензол, метанол, хлороформ очищали по стандартным методикам [19].
Метиловые эфиры N-замещенных глицинов 2a-i (общая методика). К раствору 1.9 ммоль амина 1a-i и 0.075 ммоль Ru2(OAc)4Cl в 5 мл бензола при 75 °С в течение 30 мин прибавляли раствор 0.38 г (3.8 ммоль) метилдиазоацетата и 1.9 ммоль амина в 5 мл бензола и дополнительно перемешивали 8 ч. После окончания реакции реакционную массу пропускали через тонкий слой SlO2, растворитель удаляли в вакууме роторного испарителя. Полученное вещество выделяли методом колоночной хроматографии на SlO2, элюируя хлороформом.
Состав и строение полученных соединений установлены по данным ИК, ЯMP 1Н и 13С спектров. Физико-химические константы соединений 2a-c,f-h совпадали с приведенными в литературе [20-22].
Метиловый эфир ^аллил-1\-фенилглицина 2d. Выход 43%. ИК спектр, v/см-1: 3412, 3080, 3051, 3018, 2914, 1600, 1504, 1433, 1315, 1253, 1178, 993, 918, 748, 692, 509.. Спектр ЯMP 1Н ^а3), 5, м. д.: 3.57 с (3Н, ОСН3), 3.86 с (2Н, СН2), 3.90 д (2Н, СН2, J 5 Гц), 5.03-5.17 м (2Н, СН2), 5.72-5.84 м (1Н, СН), 6.50-7.09 м (5Н, Ar). Спектр ЯMP 13С ^а3), б, м.д.: 51.69 (ОСН3), 54.06 (СН2), 111.82 (СН), 112.29(СН), 116.34 (С), 117.32 (СН), 128.21 (СН), 133.75 (СН), 135.40 (СН), 148.11 (СН2), 171.48 (СО2). Mасс-спектр, m/z (1отн, %): 205 (24) [М]+, 178 (24), 146 (100), 104 (18), 77 (12). М+ 205.2 Q2H15NO2.
Метиловый эфир ^(2-циклопент-2-ен-1-илфенил)глицина 2e. Выход 91%. ИК спектр,
v/см-1: 3395, 2949, 1743, 1583, 1510, 1449, 1287, 1213, 1163, 750.. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), 5, м.д.: 1.69-1.74 м (2Н, СН2), 2.31-2.43 м (2Н, СН2), 3.55 д (1Н, СН, J 7.3 Гц), 3.60 с (3Н, ОСН3), 3.73 с (2Н, CH2N), 3.85 с (1Н, NH), 5.77 м (1Н, СН), 5.91 м (1Н, СН), 6.29-6.93 м (4Н, Ph). Спектр ЯМР 13С (CDCl3), 5, м.д.: 30.80 (СН2), 33.51 (СН2), 45.70 (СН), 52.28 (ОСН3), 117.19 (СН), 119.06 (СН), 127.07 (СН), 128.63 (СН), 129.78 (С), 132.79 (СН), 141.86 (СН), 144.66 (С), 171.17 (СО2). Масс-спектр, m/z (IarH, %): 231 (50) [М]+, 173 (10), 172 (64), 159 (13), 158 (100), 156 (14), 143 (19), 130 (42). М+ 231.2. С14Н17Ш2.
Метиловый эфир ]\-(2,4-дибромфенил)-
глицина 2i. Выход 33%. ИК спектр, v/см-1: 3381, 1746, 1591, 1502, 1440, 1358, 1217, 1163, 793. Спектр ЯМР 'Н ^DCls), 5, м.д.: 3.81 с (3Н, ОСН3), 3.94 д (2Н, СН2, J 5.4 Гц), 4.98 с (1Н, NH), 6.38 д (1Н, СН, J 8.5 Гц), 7.27 с (1Н, СН), 7.58 д (1Н, СН, J 2.3Гц). Спектр ЯМР 13С ^DCb), 5, м.д.: 45.20 (СН2), 52.36 (ОСН3), 108.86 (СБг), 110.02 (СБг), 128.19 (СН), 130.96 (СН), 134.20 (СН), 142.92 (С), 170.42 (СО2). Масс-спектр, m/z (1отн., %): 323 (24) [М]+, 264 (100), 183 (12), 75 (7). М 232.0. С9H9Бr2NO2.
Конкурентные реакции метилдиазоацетата с анилином 1а и аминами 1b-i. К раствору 0.05 г (0.55 ммоль) анилина 1а, 0.55 ммоль амина 1b или 1м и 9.6 мг (0.022 ммоль) Ru2(OAc)4Cl в 1 мл C6D6 при 75 °С при интенсивном перемешивании в течение 15 мин прибавляли раствор 0.11 г (1.1 ммоль) метилдиазоацетата и 0.05 г (0.55 ммоль) анилина 1а, 0.55 ммоль амина 1b или 1с-i в 1 мл C6D6.
Реакционную массу анализировали с помощью ЯМР :Н. Относительную реакционную способность аминов 1b-i вычисляли по формуле krel = S^So, где S0 - площадь пика протонов, относящихся к группе СН2 метилового эфира N-фенилглицина 2а, S1 - площадь пика протонов, относящихся к группе СН2 продуктов внедрения меток-сикарбонилкарбена по связи N-H аминов 1b-i.
Работа выполнена при финансовой поддержке Президиума Российской академии наук (программа «Разработка методов получения химических веществ и создание новых материалов» по направлению «Развитие методологии органического синтеза и создание соединений с ценными прикладными свойствами»).
ЛИТЕРАТУРА
1. Salzmann N. N., Ratcliffee R. W., Christensen Б. G., Bouf-fard F. A. // J. Amer. Chem. Soc. 1980. V. 102. P. 6161-6163.
2. Aller E., Buck R. T., Drysdate N. J., Ferris L., Haigh D., Moody C. J., Pearson N. D., Sanghera J. Б. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. 1996. P. 2879-2884.
3. Dong C., Deng G., Wang J. // J. Org. Chem. 2006. V. 71. P. 5560-5564.
4. Cama L. D., Christensen Б. G. // Tetrahedron Lett. 1978. V. 19. P. 4233-4236.
5. Ye T., McKervey M. A. // Chem. Rev. 1994. V. 94. P. 1091-1160.
6. Yates P. // J. Amer. Chem. Soc. 1952. V. 74. P. 5376-5381.
7. Paulissen R., Hayez E., Hubert A. J., Teyssie P. // Tetrahedron Lett. 1974. V. 15. P. 607-608.
8. Morilla M. E., Requejo M. M., Belderrain T., Nicasio M. C., Trofimenko S., Perez P. J. // Chem. Commun. 2002. 15. Roberts J. D., McElhill E. A. // J. Amer. Chem. Soc. 1950. V. 72. P. 628.
P. 2998-2999. 16. Rodante F., Bonicelli M. G. // Termochimica Acta. 1983.
9. Wee A. G. H. // Current Organic Synthesis. 2006. №3. V. 67. P. 257-262.
P. 499-555. 17. Wolf V., Ramin D. // Justus Liebigs Annalen der Chemie.
10. Galardon E., Le Maux P., Simonneaux G. // J. Chem. Soc. 1959. Bd. 626. S. 47-60.
Perkin Trans. 1. 1997. P. 2455-2456. 18. Ингольд К. Теоретические основы органической химии.
11. Del Zotto A., Baratta W., Rigo P. // J. Chem. Soc. Perkin М.: Мир, 1973. 1055 с.
Trans. 1. 1999. P. 3079-3081. 19. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир. 1976. 541 c.
12. Султанова Р. М., Майданова А. В. Взаимодействие аминов с метилдиазоацетатом в присутствии Ru2(OAc)4Cl // Тез. 20. N-Substituted glycine derivatives: патент № 58150562, Япония. 1982. C. A. 1984. 100. P68019b.
докл. Всероссийской конференции по органической химии. Москва. 25-30 октября 2009. С. 273. 21. Phosphoric acid anilide derivatives: патент № 8293992, Япония. 1981. C. A. 1982. 97. P216464e.
13. Bolton P. D., Hall F. M. // Australian J. Chem. 1967. V. 20. P. 1797-1804. 22. Kessler H., Schuck R., Siegmeier R., Bats J. W., Fuess H., Foersteer H. // Liebigs Annalen der Chemie. 1983. №2.
14. Bolton P. D., Hall F. M. // J. Chem. Soc. 1969. P. 1047-1051. S. 231-247.
Поступила в редакцию 02.02.2010 г.
