Новые трициклические окса(тиа)зино[3,2-а]хинолиниевые системы Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Органическая химия

УДК 547.83.7+547.831.88

НОВЫЕ ТРИЦИКЛИЧЕСКИЕ ОКСА(ТИА)ЗИНО[3,2-а]ХИНОЛИНИЕВЫЕ СИСТЕМЫ

ЕЛ. Вершинина, Д.Г. Ким, С.Н. Тандура

Взаимодействием 4-метил-1-(3-хлор-2-пропенил)-2-хинолона и 2-(3-хлор-2-пропенилтио)хинолинов с галогенами получены новые 2-галоген-З-хлор-

2,3-дигидро-1/7-оксазино[3,2-а]хинолиний и 2-галоген-1-хлор-2гЗ-дигидро-1/7-тиазино[3,2-а]хинолиний галогениды.

Ключевые слова: 2-(3-хлор-2-пропенилтио)хинолины, 4-метил- 1-(3-хлор-2-пропенш)-2-хинолон, 1,3-дихлорпропен, 2-галоген-3-хлор-2,3-дигидро- 1Н-оксазино[3,2-а]хинолиний галогениды, 2-галоген-1-хлор-2,3-дигидро-1Н- тиази-но[3,2-а]хинолиний галогениды.

Введение

Галогенциклизации алкенильных производных хинолинов посвящено значительное количество работ [1-6]. Среди производных хинолина описана циклизация под действием галогенов аллильных, 2-метилаллильных и пропаргильных замещенных по атому азота, серы и кислорода 2-окси(меркапто)хинолинов. В настоящей работе нами взаимодействием некоторых 2-окси(мер-капто)хинолинов с 1,3-дихлорпропеном синтезированы новые хлораллильные производные и исследованы реакции полученных соединений с галогенами.

Обсуждение результатов

Удобным методом синтеза новых конденсированных с окса(тиа)золом или окса(тиа)зином хинолиниевых систем является подход, включающий формирование окса(тиа)зольного или ок-са(тиа)зинового кольца в результате последовательного алкилирования окси(меркапто)хиноли-нов и циклизации полученных алкильных производных под действием галогенов. В настоящей работе исходными реагентами для данного синтеза были выбраны 2-хинолинтион (1а), 4-метил-2-хинолинтион (1Ь) и 4-метил-2-хинолон (1с). Соединение 1Ь получено по известной методике [1] взаимодействием 1с с Р285 в пиридине. В качестве алкилирующего агента была взята смесь цис- и транс-1,3 -дихлорпропена.

Найдено, что алкилирование 2-хинолинтионов 1а, Ь в щелочной среде протекает по атому серы и приводит к образованию Е- и 2-изомеров 2-(3-хлор-2-пропенилтио)хинолинов (2а, Ь) в соотношении 1:1. Взаимодействие 1с с 1,3-дихлорпропеном протекает по двум реакционным центрам: по атому азота с образованием 4-метил-1-(3-хлор-2-пропенил)-2-хинолона (3) и кислорода - с образованием 4-метил-2-(3-хлор-2-пропенилокси)хинолина (4), с преобладанием продукта 1М-ал копирования:

1а-с

1а II = Н, Х=Б; 1Ь Я =СН3, Х=Э; 1с К = СН3, Х=0; 2а Я = Н; 2Ь Я = СН3.

При этом по данным хромато-масс-спектрометрии в результате реакции образуются Е- и 7-изомеры соединения 3 в соотношении 1,33 :1. Масс-спектры Е- и 2-изомеров 3 практически не отличаются, но различно их время удерживания (26,11 мин и 26,39 мин). Следует отметить, что при перекристаллизации соединения 3 из гексана повышается доля ^-изомера. По данным спектров ЯМР !Н, после перекристаллизации соотношение Е- и 2-изомеров составляет 5 :1 (константа спин-спинового взаимодействия транс-протонов - 13,4 Гц). В ИК-спектре соединения 3 полоса карбонильной группы находится в области 1648 см-1.

В литературе [1-6] описано, что галогенирование 2-аллил- и пропаргилтиохинолинов и

1-аллил-2-хинолонов приводит к образованию тиазоло(оксазоло)[3,2-а]хинолиниевых систем. Нами найдено, что взаимодействие 2-(3-хлор-2-пропенилтио)хинолинов (2а, Ь) с галогенами

протекает по механизму внутримолекулярной электрофильной циклизации с образованием

2-галоген-1-хлор-2,3-дигидро-1//-тиазино[3,2-а]хинолиний галогенидов (5-6а, Ъ):

2а, Ь

2НаЦ

2НаЦ

2П+1

СІ

5-6 а Я = Н; Ь Я = СН3; 5 На1 = I, п = 0; 6 На1 = Вг, п = 1; 7а На1 = I; 7Ь На1 = Вг.

В пользу замыкания тиазинового цикла говорит положение в спектрах ЯМР 'Н сигнала протона >1+С(С1)Н группы, который из-за электроноакцепторного влияния аммонийного атома азота находится в гораздо более слабом поле (6,94-7,10 м.д.) по сравнению с возможным положением (5,44 м.д. на основании расчета) в составе группы На1С(С1)Н пятичленного тиазольного цикла (см. рисунок).

В результате реакции галогенциклизации возникает два хиральных углеродных центра М+С*(С1)Н и На1С*Н, приводящие к образованию четырех изомеров ЯЯ, ЯБ, БЯ и Б8, которые представляют собой две пары энантиомеров (ЯЯ,88 и Я8,8Я) или два диастереомера. В спектрах ЯМР 'Н обнаружено две группы сигналов, по которым и определялись выход и соотношение диастереомеров ЯЯ и Я8. Состав реакционных смесей определяли, используя удвоение сигналов протонов СНС1, СШ, 8СН2 и СНз групп и их интенсивность. Поскольку связь С'-С2 в молекулах соединений 5-6а, Ь находится в составе цикла, что исключает свободное вращение, то в спектрах ЯМР !Н диастереомеры отличаются тем, что в одном продукте проявляются вицинальные КССВ для г/ис-протонов, а в другом - для транс-протонов:

©

ы-

НА

с1-

I

СІ

нв

I.

с2-

НаІ

Цис

нх

I

-с—

N1-

НА

*

-с1-

СІ

На!

12.

С2-

нв

Транс

Нх

с-

В спектрах иодидов 5-6а сигналы протонов С(С1)Н и С(1)Н групп находятся в области 6,43-6,96 м.д. Протон С(С1)Н имеет вид дублета, поскольку взаимодействует только с протоном С(1)Н.

По интенсивности и характеру сигналов протонов 8СН2 группы также возможно отнесение к двум диастереомерам. При этом геминальные КССВ в ЯЯ и Я8 изомерах одинаковы и равны 12,80 Гц. Вицинальные КССВ для г/ис-протонов 31(НХ-НВ) в первом диастереомере и 31(Н¥-НВ) во втором диастереомере оказались одинаковы и составили 1,75 Гц, а для транс-протонов -

10,0 Гц и 9,7 Гц.

Спектр ЯМР 1Н 2-иод-1-хлор-2,3-дигидро-1Н-тиазино[3,2-а]хинолиний иодида (5а)

Обнаружено, что галогенирование соединений 2а, b ведет к преобладанию одного из диасте-реомеров на 30-50 %.

Взаимодействие 4-метил-1-(3-хлор-2-пропенил)-2-хинолона (3) с галогенами приводит к образованию соответствующих 2-галоген-6-метил-3-хлор-2,3-дигидро- 1//-оксазино[3,2-о]хинолиний галогенидов (7а, Ь). В спектре ЯМР !Н продуктов реакции наблюдается смещение сигналов ароматического кольца в слабую область, появляется расщепление сигнала NCH2 группы, характерное для образования циклического соединения, и удвоение сигналов протонов С(С1)Н группы, что указывает на образование смеси диастереомеров.

Экспериментальная часть

Масс-спектры (ЭУ, 70 эВ) синтезированных соединений сняты на приборе ГХ/МС-ЭВМ фирмы Agilent Technologies, газовый хроматограф 6890N, масс-селективный детектор 5975.

Спектры ЯМР 'Н синтезированных соединений получены на спектрометре Bruker DRX-400 (400 МГц) в ДМСО-ёб, внутренний стандарт ТМС. ИК спектры записаны на приборе Varian 800 (FT-IR).

Аякилирование 2-хинолинтионов (общая методика). К раствору 1 ммоль 2-хинолинтиона 1а (или 4-метил-2-хинолинтиона lb) и 0,084 г (1,5 ммоль) КОН в 0,5 мл воды и 10 мл 2-пропанола добавляют 0,167 г (1,5 ммоль) 1,3-дихлорпропена в 2 мл 2-пропанола и кипятят в течение 3 ч. Выпавший осадок КВг отфильтровывают, 2-пропанол отгоняют. Остаток обрабатывают диэтило-вым эфиром, отфильтровывают, после отгонки эфира получают соединение 2а (2Ь) в виде масла желтого цвета.

2-(3-Хлор-2-пропениптио)хинолин (2а). Выход 0,194 г (82 %).

Масс-спектр, m/z (/отн„ %): 235 [М]+ (25), 200 [М-35]+(5), 167 [М-67]+(100).

Спектр ЯМР 'Н, 5, м.д. (J, Гц): 4,04 (1Н, д. д, /= 7,68 Гц, J= 1,12 Гц, SCH2); 4,11 (1Н, д. д, J= 7,42 Гц, J= 1,13 Гц, SCH2); 6,18 (1Н, м, СН=); 6,47 (0,5Н, д. т, J= 6,92 Гц, J= 1,11 Гц, =СНС1

г-изомера); 6,65 (0,5Н, д. т, У = 13,13 Гц, У= 1,11 Гц, =СНС1 ^-изомера); 7,40, 7,53, 7,74, 7,93, 8,19 (6Н, хинолиновое кольцо).

4-Метил-2-(3-хлор-2-пропенилтио)хинолин (2Ь). Выход 0,213 г (85 %).

Спектр ЯМР *Н, 5, м.д. (У, Гц): 2,61 (ЗН, с, СН3); 4,02 (1Н, д. д, 7= 7,70 Гц, 7= 1,12 Гц, 8СН2); 4,08 (1Н, д. д, У = 7,44 Гц, У = 1,14 Гц, 8СН2); 6,17 (1Н, м, СН=); 6,46 (0,5Н, д. т, У = 6,90 Гц, 7= 1,12 Гц, =СНС1 2-изомера); 6,63 (0,5Н, д. т, 7= 13,13 Гц, 7= 1,12 Гц, =СНС1 ^-изомера); 7,26 (1Н, с, 3-Н); 7,54, 7,72, 7,90, 8,00 (4Н, бензольное кольцо).

Алкилирование 4-метил-2-хинолона (1с). К раствору 0,159 г (1 ммоль) 4-метил-2-хинолона (1с) и 0,084 г (1,5 ммоль) КОН в 0,5 мл воды и 10 мл 2-пропанола добавляют 0,167 г (1,5 ммоль)

1,3-дихлорпропена в 2 мл 2-пропанола и кипятят в течение 3 ч. Выпавший осадок КВг отфильтровывают, 2-пропанол отгоняют. Остаток обрабатывают 15 мл эфира, отфильтровывают и испаряют эфир. Остаток кипятят с гексаном и горячим фильтруют. При охлаждении из гексана выпадает соединение 3.

4-Метил-1-(3-хлор-2-пропенил)-2-хинолон (3). Выход 0,095 г (41 %), т. пл. 124—126 °С.

Масс-спектр, т/г (1^%): 233 [М]+ (10), 198 [М-35]+(100), 184 [М-49]+(13).

Спектр ЯМР *Н, 5, м.д. (У, Гц): 2,45 (ЗН, с, СН3); 4,91 (2Н, д. д, У = 6,01 Гц, У = 1,41 Гц, 1ЧСН2); 6,05 (1Н, м, СН=); 6,46 (0,9Н, д. т, У= 13,36 Гц, У= 1,45 Гц, =СНС1 ^-изомера); 6,55 (1Н, с,

3-Н); 7,30, 7,55, 7,63, 7,81 (4Н, бензольное кольцо).

Иодирование соединений 2а, Ь (общая методика). К раствору 0,2 ммоль соединения 2а (2Ь) в 3 мл хлороформа добавляют раствор 0,102 г (0,4 ммоль) иода в 5 мл хлороформа. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают хлороформом, сушат. Затем растворяют в 5 мл ацетона, добавляют №1 и перемешивают. Выпавший осадок соединения 5а (5Ь) желтого цвета отфильтровывают.

2-Иод-1-хлор-2,3-дигидро-1Н-тиазино[3,2-а]хинолиний иодид (5а). Выход 0,080 г (82 %), т. пл.158-160°С.

Спектр ЯМР *Н, 8, м.д. (У, Гц): 4,12 (0,43Н, д. д, У = 12,80 Гц, У = 1,75 Гц, 8СН2); 4,25 (0,57Н, д. д, У = 12,80 Гц, 7 = 1,75 Гц, 8СН2); 4,41 (1Н, м, 8СН2); 6,47 (0,43Н, м, СН1); 6,73 (0,43Н, д, J= 3,99 Гц, СНС1); 6,81 (0,57Н, д, 7= 2,09 Гц, СНС1); 6,96 (0,57Н, д. т, У = 10,23 Гц, 7= 2,05 Гц, СН1); 7,91, 8,16, 8,31, 8,99 (6Н, хинолиновое кольцо).

2-Иод-б-метш-1-хлор-2,3-дигидро-1Н-тиазино[3,2-а]хинолиний иодид (5Ь). Выход 0,076 г (75%), т. пл. 158-160 °С.

Спектр ЯМР ]Н, 8, м.д. (У, Гц): 2,86 (1,58Н, с, СН3); 2,89 (1,35Н, с, СН3); 4,10 (0,47Н, д. д, У = 12,84 Гц, 7= 1,73 Гц, 8СН2); 4,23 (0,53Н, д. д, У = 12,73 Гц, 7= 1,68 Гц, БСЩ); 4,38 (1Н, м, 8СН2); 6,43 (0,47Н, м, СШ); 6,72 (0,47Н, д, 7= 3,92 Гц, СНС1); 6,79 (0,53Н, д, У = 2,06 Гц, СНС1);

6,94 (0,53Н, д. т,У= 10,14 Гц, У = 1,96 Гц, СШ); 7,91, 8,12, 8,20, 8,29, 8,40 (5Н, хинолиновое кольцо).

Иодирование соединения 3. К раствору 0,047 г (0,2 ммоль) соединения 3 в 3 мл хлороформа добавляют раствор 0,102 г (0,4 ммоль) иода в 5 мл хлороформа. Выпавший осадок соединения 7а отфильтровывают, промывают хлороформом, сушат.

2-Иод-6-метил-3-хлор-2,3-дигидро- 1Н-оксазино[3,2-а]хинолиний трииодид (7а). Выход 0,105 г (71 %), т. пл. 132-134 °С.

Спектр ЯМР *Н, 8, м.д. (У, Гц): 2,94 (ЗН, с, СН3); 4,87 (1Н, м, >ГСН2); 5,23 (1Н, м, >ГСН2); 6,03 (1Н, м, СШ); 6,46 (1Н, д, У= 5,90 Гц, СНС1); 7,90, 8,17, 8,40 (5Н, хинолиновое кольцо).

Бромирование соединений 2а, Ь и 3 (общая методика). К раствору 0,1 ммоль соединения 2а (2Ь или 3) в 3 мл ледяной СН3СООН добавляют раствор 0,010 мл (0,2 ммоль) брома в 3 мл ледяной СН3СООН. Выпавший осадок соединений 6а (6Ь или 7Ь) отфильтровывают, промывают ледяной СН3СООН, сушат.

2-Бром-1 -хлор-2,3-дигидро-1 Н-тиази>ю[3,2-а]хинолиний трибромид (6а). Выход 0,032 г (57 %), т. пл. 120-122°С.

Спектр ЯМР !Н, 8, м.д. (У, Гц): 4,22 (0,43Н, д. д, У = 12,95 Гц, У = 1,71 Гц, 8СН2); 4,29 (0,57Н, д. д, У = 12,92 Гц, У = 1,65 Гц, 8СН2); 4,41 (1Н, м, 8СН2); 6,86 (0,43Н, м, СНВг); 6,97 (0,57Н, д. т, J= 10,09 Гц, У = 2,01 Гц, СНВг); 7,10 (0,43Н, д, У = 3,25 Гц, СНС1); 7,13 (0,57Н, д, У = 2,50 Гц, СНС1); 7,91, 8,16, 8,29, 8,99 (6Н, хинолиновое кольцо).

Органическая химия

2-Бром-6-метил-1-хлор-2,3-дигидро-1Н-тиазино[3,2-а]хинолиний трибромид (6Ь). Выход 0,031 г (54 %), т. пл. 120-122 °С.

Спектр ЯМР ‘Н, 5, м.д. (./, Гц): 2,88 (ЗН, м, СН3); 4,19 (0,4Н, д. д, У = 12,93 Гц, 7 = 1,69 Гц, БСНг); 4,26 (0,6Н, д. д, J= 12,84 Гц, J= 1,66 Гц, 8СН2); 4,38 (1Н, м, 8СН2); 6,83 (0,4Н, м, СНВг);

6,94 (0,6Н, д. т, /= 10,00 Гц, 7= 1,93 Гц, СНВг); 7,09 (0,4Н, д, /= 3,18 Гц, СНС1); 7,10 (0,6Н, д, J= 2,41 Гц, СНС1); 7,92, 8,15, 8,28, 8,40 (5Н, хинолиновое кольцо).

2-Бром-6-метш-3-хлор-2,3-дигидро-1Н-оксазино[3,2-а]хинолиний трибромид (7Ь). Выход 0,037 г (67 %), т. пл. 114—116 °С.

Спектр ЯМР *Н, 8, м.д. (./, Гц): 2,95 (ЗН, с, СН3); 5,10 (1Н, м, >ГСН2); 5,31 (1Н, м, КСН2); 6,15 (1Н, м, СНВг); 6,80 (0,5Н, д, 7= 5,07 Гц, СНС1); 6,83 (0,5Н, д, 7= 4,12 Гц, СНС1); 7,93, 8,19, 8,42 (5Н, хинолиновое кольцо).

Элементный анализ соединений 2-7 на углерод, водород и галоген соответствует расчетным.

Заключение

Найдено, что взаимодействие 1,3-дихлорпропена с 2-хинолинтионами в щелочной протекает с образованием Е- и г-изомеров 2-(3-хлор-2-пропенилтио)хинолинов, а с 4-метил-2-хинолоном -Е- и г-изомеров 4-метил-1-(3-хлор-2-пропенил)-2-хинолона и 4-метил-2-(3-хлор-2-пропени-локси)хинолина. Установлено, что взаимодействие галогенов с 2-(3-хлор-2-пропенилтио)хино-лином протекает по механизму внутримолекулярной электрофильной циклизации с образованием 2-галоген-1-хлор-2,3-дигидро-1//-тиазино[3,2-а]хинолиний галогенидов, а 4-метил-1-(3-хлор-2-пропенил)-2-хинолоном-2-галоген-6-метил-3-хлор-2,3-дигидро-1//-оксазино[3,2-а]хинолиний галогенидов.

Литература

1.Ким, Д.Г. Гетероциклизации И-, О- и Б-винильных и аллильных производных азинов: автореф. дис. ... д-ра хим. наук / Д.Г. Ким. - Челябинск: Изд-во ЧелГУ, 2004. - 47 с.

2. Ким, Д.Г. Синтез и галогенциклизация 2-алкенилтиохинолинов / Д.Г. Ким // Химия гетероциклических соединений. - 2008. - № 11. - С. 1664-1668.

3. Онисько, М.Ю. Галогенгетероциклизация 2-металлил(пропаргил)тиохинолин-3-карбаль-дегидов / М.Ю. Онисько, В.Г. Лендел // Химия гетероциклических соединений. - 2009. - № 7. -С. 1072-1074.

4. Онисько, М.Ю. Галогенгетероциклизация 2-аллил(пропаргил)оксихинолин-3-карбальде-гидов / М.Ю. Онисько, В.Г. Лендел // Химия гетероциклических соединений. - 2007. - № 8. -С.1204-1207.

5.0 реакции 1-аллил-3-[(ариламино)метилен]хинолин-2,4-(1Н,ЗН)-дионов с бромом / И.В. Украинец, Н.Л. Березнякова, Янян Лю, А.В. Туров // Химия гетероциклических соединений. -2010,-№4.-С. 569-574.

6. Вершинина, Е.А. Синтез и исследование свойств производных 2-хинолона / Е.А. Вершинина, Д.Г. Ким //Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия». -2010. - Вып. 4. -№ 31(207). - С. 10-17.

Поступила в редакцию 31 января 2011 г.

THE NEW TRICYCLIC OXA(THIA)ZINO[3,2-a]QUINOLINIUM SYSTEMS

New 3-chloro-2-iodo-2,3-dihydro-l //-oxazino[3,2-a]quinolinium and l-chloro-2-iodo-2,3-dihydro-l//-thiazino[3,2-a]quinolinium halogenides were synthesized by interaction of l-(3-chloro-2-propenyl)-

4-methyl-2-quinolone and 2-(3-chloro-2-propenylthio)quinolines with halogens.

Keywords: 2-(3-chloro-2-propenylthio)quinolines, l-(3-chloro-2-propenyl)-4-methyl-2-quinolone,

1,3-dichloropropen, 3-chloro-2-iodo-2,3-dihydro-lH-oxazino[3,2-a]quinolinium halogenides, 1-chloro-

2-iodo-2,3-dihydro-lH-thiazino[3,2-a]quinolinium halogenides.

Vershinina Evgenia Anatolievna - Lecturer, Postgraduate Student of Organic Chemistry Subdepartment, Chemistry Department, South Ural State University. 76, Lenin avenue, Chelyabinsk, 454080.

Вершинина Евгения Анатольевна - преподаватель, соискатель кафедры органической химии, химический факультет, ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет». 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

E-mail: enka84@mail.ru

Ют Dmitriy Gymnanovich - Dr. Sc. (Chemistry), Professor, Head of Organic Chemistry Subdepartment, Chemistry Department, South Ural State University. 76, Lenin avenue, Chelyabinsk, 454080.

Ким Дмитрий Гымнанович - доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой органической химии, химический факультет, ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет». 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

E-mail: kim_dg48@mail.ru

Tandura Stanislav Nikolaevich - Chief Scientist, Dr. Sc. (Chemistry), N. D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Science, 47, Leninsky prosp., Moscow, 119991.

Тандура Станислав Николаевич - ведущий научный сотрудник, доктор химических наук, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 47.

E-mail: stas@ioc.ac.ru