Новые аспекты озонолиза циклоенонов и циклодиенов. Применение в синтезе низкомолекулярных биорегуляторов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.313 + 542.943.5 ББК 24.234 + 24.2в6

НОВЫЕ АСПЕКТЫ ОЗОНОЛИЗА ЦИКЛОЕНОНОВ И ЦИКЛОДИЕНОВ.

ПРИМЕНЕНИЕ В СИНТЕЗЕ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ БИОРЕГУЛЯТОРОВ Куковинец О.С., Зверева Т.И., Касрадзе В.Г., Зайнуллин Р. А., Г алин Ф.З., Абдуллин М.И., Одиноков В.Н.

Впервые, обнаруженная для диметилового эфира норборнендикарбоновой кислоты внутримолекулярная стабилизация цвиттер-иона карбметоксильной группой без участия растворителя оказалась характерной для многих циклоолефинов, содержащих удобно расположенную по отношению к биполярному иону карбонильную группу, в том числе образующуюся непосредственно в ходе озонолиза. Для а-ф-непредельных циклических кетонов обнаружено дополнительное окисление пе-рекисных продуктов озонолиза, приводящее к уменьшению углеводородной цепи.

Озонолиз циклических олефинов позволяет в мягких условиях получать а-,ю-бифункциональные кислородсодержащие соединения - важные синтетические интермедиаты для различных биологически активных веществ. В большинстве случаев взаимодействие озона с двойной связью протекает по запланированному пути, согласно механизму, предложенному Криге [1]. При этом вид образующегося перекисного продукта в основном зависит от растворителя, в котором проводилось озонирование. Однако, как оказалось, строение исходного субстрата оказывает существенное влияние на структуру перекисных продуктов озонолиза и полученных из них кислородсодержащих соединений.

Впервые это было нами обнаружено при взаимодействии диметилового эфира эндо, цис-бицикло [2.2.1] гепт-5-ен-2,3-дикарбоновой кислоты (1) с менее чем эквимолярным количеством озона в диэти-ловом эфире [2]. При -78 °С происходит внутримолекулярное взаимодействие получающегося в ходе озонолиза цвиттер-иона с имеющейся в молекуле метоксикарбонильной группой с образованием вторичного озонида (2), выделенного низкотемпературной кристаллизацией. Структура соединения (2) доказана рентгеноструктурным анализом и данными спектроскопии ЯМР 1Н и 13С. Наиболее характерными являются сигналы метоксильных групп (51.50 и 51.63 м.д.), карбонильных углеводородов (170.70 и 202.36 м.д.) и, особенно, сигналы углеродных атомов озонидного цикла (103.98 и 124.42 м.д.)

При повышении температуры получающийся озонид (2) превращается в димерный метокси озонид (3); исчерпывающее озонирование (1) дает тетрамерный пероксид (4) с повышенным содержанием активного кислорода. Подобное протекание реакции, по-видимому, связано с инициированным озоном окислением формильной группы, не связанной с цвиттер-ионом в озонид, с последующим межмолекулярным взаимодействием [3].

H

2

O-

H3COOC

COOCH3

C

^OOH

COOCH3 H3CO2C

^ O—O

COOCH3

O

11 /

Стабилизация цвиттер-иона содержащейся в молекуле карбонильной группой наблюдается и при озоноли-тическом расщеплении (1Я,цис)-4,7,7-триметил-3-оксабицикло[4.1.0.]гепт-4-ен-2-она (еноллактона 5) [4]. В перекисном продукте, полученном при его низкотемпературном озонолизе в СБ2С12, согласно спектрам ЯМР 1Н и 13С, снятым непосредственно после озонирования (-78°С), присутствует альдегидная группа (5Н 9.64 м.д. и 5С 199.23 м.д.), ацетокси заместитель (164.40 м.д.) и сигнал, характерный для атома углерода, связанного с двумя атомами кислорода (105.01 м.д.). На основании спектральных характеристик и данных по определению молекулярного веса, соответствующего мономеру, предложено протекание следующих внутримолекулярных перегруппировок с сохранением формильной функции.

о

о

^о

онс

С—о-

онс

сн3

сн3

Не характерную для карбонилоксидов устойчивость цвиттер-ионов (6,7) можно объяснить их стабилизацией за счет способности СН2С12 и СН3СК к комплексообразованию по тримолекулярному механизму, подобному [5].

Взаимодействие цвиттер-иона с карбонильной группой при определенных условиях может оказаться доминирующим по сравнению с традиционной стабилизацией его полярными растворителями. Так, с привлечением ЯМР спектроскопии показано, что при озонолизе еноллактона (5) в спиртах перекисный продукт не содержит алкокси-группы, а в результате внутримолекулярной перегруппировки образуются ацетоксипероксиды (8) и (9), восстановление которых приводит к циклопропансодержащим синтонам для пиретроидов (11, 12) [6].

я н

хо"

о—о"

о—С —Сн3

о3/яон

н С н

^-^С=о

я н

хо"

о—о

о—с-сн3 У^о-

,о—оч н3ССонС' С=о

И = М е, Е1, і-Рг

о

Д /Сн3 о—С^ ^'о/ ч?

о3/яон онС £=о

5 *■ ___уГ

н \/ н

Сн3

о

=о

н

н3е—с—о—о

нС

н

С=о

И = Ме, Е1, і-Рг

6,7

И = ОМе, ОЕ1, і - Рг, N Н2С(8^Н

о

о

о

о

7

о

о

н+С

5

н

н

8

н

н

я

я

о

о

9

В том случае, когда одним из продуктов озонолиза является формальдегид, он способен взаимодействовать с двумя молями цвиттер-иона, как это, например, происходит при озонолизе склареола (13) [7].

н

Строение полученного димера (14) подтверждено рентгеноструктурным анализом и данными ЯМР-спектроскопии. Участие формальдегида в описываемой реакции доказано образованием дейтерированного по метиленовой группе между трициклами соединения (Б2=14) при совместном озонировании склареола (13) и гексадейтеробутадиена, роль которого состоит в генерировании дейтероформальдегида. Соединение (14) является предшественником амброксида (15).

14

1. 03/МЕ0Н , 2 Ме28 '

соон

он

Озонолиз циклических енонов мало изучен и представляет значительный интерес, поскольку имеющиеся в литературе немногочисленные примеры показывают, что он сопровождается перегруппировками, изомеризацией и деструкцией [8]. Нами изучено озонолитическое расщепление 3-карен-5-она (16) (каренона), 4,6,6-триметил-2-оксабицикло[3.1.1]гепт-3-ена (17) (вербенона) и 3,7,7-триметил-2,5-диоксобицикло[4.1.0.]гепт-3-ена (18) (карендиона). Обнаружено, что одновременно с расщеплением двойной связи каренона (16) и вербенона (17) озоном происходит деструкция заместителя при С1 атоме трех- или четырехчленного цикла и основными продуктами озонолиза в ацетонитриле или хлористом метилене являются 2,2-диметил-3-(2-оксопропил)циклопропан-1-карбоновая кислота (19) и 2,2-диметил-3-ацетилциклобутан-1-карбоновая кислота (20), соответственно. Кислота (20) также образуется в значительном количестве (до 60%) при озонировании вербенона в метаноле. Кинетическими исследованиями показано, что для полного расщепления терпенов (16) и (17) в ацетонитриле или хлористом метилене необходимо 1,5 - 2,0 моля озона на моль исходного субстрата и 2,5 - 2,8 моль при озонолизе в метаноле (таблица 1). Подобное протекание реакции на наш взгляд объясняется способностью цвиттер-ионов (21) или (22) стабилизироваться в виде дополнительной резонансной структуры (21а) или (22а), на расщепление вновь образовавшейся двойной связи требуется дополнительное количество озона. Возможность существования таутомерных форм (21а) или (22а) подтверждается квантово-химическими расчетами, а в случае озонолиза в метаноле спектральными данными пероксидов, полученных снятием ЯМР-спектров при -78°С непосредственно после озонирования (17) в СБ30Н.

+

+

Таблица 1

Зависимость количества поглощенного озона от растворителя при озонолизе вербенона 17

№ п/п Температура, °С Растворитель Соотношение вербенон/О3 (мольное) Выход кислоты (20), %

сн2с12 1/1.8 67

1 -60

сн3он 1/2.6 70

сн3сы 1/1.6 87

2 -40 сн2с12 1/1.9 71

сн3он 1/2.8 62

3 0 сн3сы сн3он 1/1.5 1/2.6 86 60

Опираясь на вышесказанное, предполагается следующий путь образования кетокислот (19) и (20):

сноо"

1.о3/о2,сн3с^

Соо- 2 Ме2':

о

соон

19

16

оуо?, Меон

оон осн3

1.о3/о9,сн3см.

оон 2Ме2§

19

23а

23б

© .

сноо

22а

1.о3/о2,сн3сы

1.о3/о2,Меон 17-----—----------►

^шн 1.о3/о2,Меон

осн3 2Ме2§

20

24а

24б

Скорость расщепления двойной связи существенно уменьшается при введение еще одной оксо-функции в а-положение у двойной связи и необходимо пропустить больший избыток озона для дополнительного окислительного расщепления 1,2-дикарбонильных соединений.

о о

о

о

1.о3/о2,сн3™

2.Ме28 *

о

27

Так, основными при озонировании карендиона (18) и нафтохинона (25) являются ангидриды (26) и (27) -перспективные синтоны для получения бидентантных лигандов для стереоселективного синтеза хиральных предшественников биологически активных веществ из прохиральных субстратов.

о

с+оо

о

Необычным оказалось образование Я-14, 15, 16-триснорлабд-13,8-олида (29) при озонолизе изоабиенола (28). Поскольку в продуктах реакции не обнаружено кетоальдегида (30) или соединения (31), способного образоваться при его циклизации, а также учитывая, что для полного озонолитического расщепления требуется, избыток озона, нами предложен следующий путь превращения изоабиенола (28) в олид (29) [9].

Ключевой стадией является изомеризация первичного цвиттер-иона с участием двойной связи в виниль-ный гидропероксид, стабилизирующийся взаимодействием с метанолом. Расщепление озоном вновь образовавшейся двойной связи приводит к укорочению углеводородной цепи. Получающийся после гидридного восстановления 8а-,13-эпокси-14, 15, 16-триенорлабд-12-ен (34) обладает сильным амбровым запахом и может применяться в парфюмерии.

32

ы2/ра

- 2Н20

Участие карбонильной группы в стабилизации получающихся при озонолизе пероксидов обнаружено и при озонолитическом расщеплении 3-метил-4-пропен-1-ил-циклогексена (термического димера пиперилена) (35). Наряду с ожидаемым триальдегидом (36) получены производные пирана (37, 38) и фурана (39, 40), предпочтительно (38) и (40).

,сно

"ооыс >- ^ оыс >-

203 + ^

Мео^ оыс ) _оонС^^

35 41 42

,сно

сыо

_Ме2§_>^

МеОН

сыо

Для объяснения образования соединений (38) и (40) нами предположено, что, получающаяся в ходе озоно-лиза альдегидная группа в третьем или четвертом положении по отношению к цвиттер-иону может стабилизировать пероксиды (41, 42) по одному из вероятных нижеописанных путей (А или Б), восстановление перегруппированных пероксидов (43, 44) Ме28 приводит к гетероциклам (37 - 40), основными из которых, судя по спектральным характеристикам, являются (38) и (40).

O

Me

Т аким образом, при наличии в структуре исходного олефина функциональных групп, способных вступать в реакцию с образующимся в ходе озонолиза биполярным ионом это взаимодействие во многих случаях становится преобладающим. Учитывая богатый арсенал химических методов функционализации алкенов по а-положению становится реальным расширение возможностей озонолитического их превращения в практически важные соединения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Criegee R., Schröder G. // Chem. Ber. 1960. 93. P.689 - 701

2. Odinokov V.N., Kukovinets O.S., Tolstikov G.A., Lindeman S.V. // Tetr. Lett. 1985. №26. P.5843 -5844

3. Одиноков В.Н., Куковинец О.С., Боцман Л.П. и др. // ЖоРХ. 1987. №23. С.995 - 1000

4. Куковинец О.С, Касрадзе В.Г., Спирихин Л.В. и др. // ЖоРХ. 2002. № 38. С.536 - 543

5. Амис Э. Влияние растворителя на скорость и механизм химических реакций. М.:Мир, 1968. 328С.

6. Куковинец О.С, Галин Ф.З., Шерешовец В.В. и др. // ЖоРХ. 1996. № 32. С.1482 - 1485

7. Одиноков В.Н., Куковинец О.С., Влад П.Ф. и др. // ДАН СССР. 1983. 269. С.853 - 855

8. Галин Ф.З., Куковинец О.С, Зайнуллин Р. А. и др. // ЖоРХ. 2001. №37.

С.251 - 253

9. Куковинец О.С, Зайнуллин Р. А., Одиноков В.Н. и др. // ЖоРХ. 2001. №37. С.248 - 250

Поступила в редакцию 04.10.06 г.