Особенности гетероциклизации дихлорпентени дихлорпентан-1,5-дионов с нуклеофильными реагентами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ХИМИЯ

УДК 547.442.5:547.442.8+647.446.5

ОСОБЕННОСТИ ГЕТЕРОЦИКЛИЗАЦИИ ДИХЛОРПЕНТЕН- И ДИХЛОРПЕНТАН-1,5-ДИОНОВ С НУКЛЕОФИЛЬНЫМИ РЕАГЕНТАМИ

H.В. Пчелинцева

Саратовский государственный университет, кафедра химии и методики обучения E-mail: KolevatovaJG@mail.ru

Обобщены результаты собственных исследований строения и гетероциклизации алкил-арилзамещенных 2,4-дихлор-2-пентен- и 2,4-дихлорпентан-1,5-дионов с нуклеофильными реагентами. Установлено, что дихлорзамещенные пентендионы и их насыщенные аналоги претерпевают различные трансформации в условиях реакции с одними и теми же реагентами. Показана возможность получения на основе дихлорзамещенных 1,5-дикетонов ^содержащих гетероциклических соединений с различным содержанием хлора в их составе. Предложены вероятные схемы образования бензоилпирролов, моно- и дихлорпиридинов.

Heterocyclization Peculiarities of Dichloropentene- and Dichloropentanediones with Nucleo-filic Reagents

N.V. Pchelintseva

Own research results of the structure and heterocyclizatione of the alkylarylsubstituted 2,4-di-chloro-2-pentene- and 2,4-dichloropentane-1,5-diones were summarized. Dichlorosubstituted pen-tenedi-ones and there saturated analogs turn out different transformations in the reactions with the same reagents have been founded. The possibility of obtaining of N-containing cyclic compounds with different chlorine containing in the structure are shown. Probable schemes of benzoilchloro-pyrrols, mono- and dichloropyridines forming have been proposed.

В настоящее время химия функционально замещенных

I,5-дикарбонильных соединений развивается очень интенсивно. Среди них особое место занимают галогензамещенные насыщенные и непредельные 1,5-дикетоны, что обусловлено, с одной стороны, разработкой удобных методов их синтеза, базирующихся на доступном исходном сырье, а с другой - способностью 1,5-дикетонов исключительно легко превращаться в разнообразные карбо- и гетероциклы в реакциях с нуклеофилами.

В задачу настоящего исследования входило изучение поведения алкиларилзамещенных дихлор-2-пентен- la-г и пентан-1,5-дионов 2а-д в реакциях с аммиаком и его производными. Отличительной чертой дикетонов la-г является присутствие в структуре еще одного реакционного центра - двойной С=С связи, оказывающей существенное влияние на направление их циклизации.

Учитывая способность 1,5-дикарбонильных соединений превращаться в присутствии аммиака и его производных в шестичленные азотистые гетероциклы [1], можно было предполагать возможность циклизации дихлордикетонов с образованием хлорзамещенных пиридинов. Наличие атомов хлора и двойной С=С связи в структуре последних давало основание к выявлению новых аспектов их превращений.

НАУЧНЫЙ

ОТДЕЛ

© Н.В. Пчелинцева, 2008

Известия Саратовского университета. 2008. Т. 8. Сер. Лимия Бполотя. Зтпотя, вып. 1

Установлено, что дихлорпентендионы 1а-г с аммиаком в диоксане при 60°С, с ацетатом аммония в уксусной кислоте при 8 О °С претерпевают внутримолекулярную гетеро-

цикциклизацию с образованием замещенных 3,5-дихлорпиридинов За-г с выходом 52-61 и 76-98% соответственно [2, 3]:

NH3/диоксан AcONHV АсОН

1, 3 а Аг=Аг'=С6Н5 ; б Аг=С6Н5, Аг'=С6Н4-С1-4 в Аг=С6Н4-С1-4, Аг'=С6Н5; г Аг=С6Н5, Аг' =С6Н4-ОМе-4

При взаимодействии дихлорпентандио-нов 2а-д с аммиаком в аналогичных выше приведенным условиях возникают ароилпир-ролы 4а-д, выход которых составляет, в зависимости от структуры исходного соединения, 47-80% [4, 5]. Реакция дикетонов 2а-г с ацетатом аммония с высокой селективностью протекает в направлении образования 3-хлорпиридинов 5а-г (выход 79-92%). В указанных условиях из 1,5-ди(4-хлорфенил)-2,4-дихлор-

1,5-дион 26 в качестве второго продукта получен ароилпиррол 46 с выходом 8%. При обработке дихлорпентандионов 2а,в,г ацетатом аммония в диоксане при 60°С хлорпири-дины 5а,в,г также являются основными продуктами (выход 58, 68 и 67%), однако при этом 2-бензопирролы 4а,в,г получаются уже в значительных количествах (34, 37 и 31% соответственно):

R

уу

Аг^о О Ат 2 а-д

NH,/ диоксан

AcONH4/ АсОН

AcONH,/диоксан

4а-г

5а-г

5а-г

2,4,5 a R=H, Аг=С6Н5

в R=Me, Аг=С6Н5 ; г д R=C6H4-Cl-4, Аг=С6Н5

б R=H, Аг=С6Н4-С1-4;

R=Ar=C6H5

Направление превращения дихлорпентандионов под действием аммиака в эфире при комнатной температуре существенно зависит от структуры субстрата. Так, соединение 2а (Ы^Н) превращается в бензоилпир-рол 4а с выходом 67%; из дикетона 2в (Я^Ме) образуется смесь монохлорпиридина

5в (12%) и пиррола 4в (51%), а в реакции с участием дихлорпентандиона 2г (11=Р11) получен хлорпиридин 5г (40%).

Таким образом установлено, что в отличие от дихлорпентандионов 2а-д, превращающихся под действием аммиака или ацетата аммония в монохлорзамещенные пири-

4

Научный отдеп

дины 5а-г и не содержащие хлора ароилпир-ролы 4а-д, дихлор-2-пентендионы 1а-г с теми же реагентами дают только 3,5-дихлор-пиридины За-г.

Строение синтезированных азотистых гетероциклов За-г, 4а-д, 5а-г установлено по данным ИК, ЯМР *Н и 13С спектроскопии. Образование дихлорпиридинов За-г можно представить в виде следующего ряда пре-

^оо/

Іа-г

вращений: нуклеофильное присоединение

аммиака по карбонильной группе, не участвующей в сопряжении с двойной С=С связью; дегидратация образующегося диенами-нокетона А; циклизация последнего при участии второй карбонильной группы. При этом атомы хлора в дихлордикетонах 1а-г не принимают участия в процессах гетероциклизации:

а

О Ж.

"Н2° /Ч

N х 3 а-г

Сохранение только одного атома хлора в пиридиновом цикле соединений 5 а-г позволяет предположить, что процесс пириди-низации дихлордикетонов 2 а-г включает стадию дегидрохлорирования.

Известно, что на основе 1,5-дикетонов в условиях реакции Чичибабина пиридины образуются в результате диспропорционирова-ния [6] или окисления [7] первоначально возникающего дигидропиридина Б как интермедиата

Дихлорзамещенные 1,5-дикетоны 1а-г, 2а-д характеризуются большей стерической напряженностью по сравнению с субстратами, участвующими в упомянутых выше процессах, описанных в литературе [6, 7]. При нуклеофильном замещении атома хлора рост стерических затруднений является более значительным, так как вызван увеличением числа заместителей в непосредственной близости от реакционного центра. Поэтому следует ожидать, что атака нуклеофила - аммиака будет направлена, в первую очередь, на карбонильный атом углерода дихлордикетонов, что приводит к образованию аддукта В, при дегидратации которого возникает смесь ими-на Г и енамина Д. В молекулах енаминов ди-

хлорпентандионов аминогруппа и атом хлора могут занимать различное пространственное положение относительно связи С1=С2, но реконфигурация менее устойчива из-за большей энергии 1,3-взаимодействия заместителей. Преимущественным направлением циклизации имина Г должно быть, видимо, образование пятичленного гетероцикла, так как вероятность сближения аминогруппы с атомом С4 значительно выше, чем с С5. В пользу этого утверждения свидетельствуют данные кинетических исследований процесса внутримолекулярной конденсации со-галогенаминов: скорость образования пирролидина почти в 60 раз превышает скорость образования пиперидина [8].

Химия

5

СІ

'N1'

5 а-г

-НС1

СІ./І\ГСІ

■»А

-Н90

Очевидно, эта закономерность остается в силе и для иминов дихлорпентандионов 2а-д:

Рассмотрение вероятных схем превращения дихлорпентен- и дихлорпентандионов 1а-г и 2а-д в реакциях с одним и тем же реа-

1а-г

Действительно, при изучении структурных особенностей дихлорзамещенных 2-пен-тен-и пентан-1,5-дионов 1а-ги 2а-д с использованием спектроскопических методов, расчета вероятных структур молекул методом МЖЮ, рентгеноструктурного анализа показано, что пентендионы 1а-г существуют преимущественно в виде транс-Ъ-транс-кш-формеров [9], пентандионы 2а-д являются

гентом позволяет сделать вывод о том, что характер взаимодействия зависит от структуры субстрата:

2а-д

/72/?ео-изомерами [10] при сохранении равноценности бензоильных фрагментов, в которых атом хлора и кислорода при С4 и С5 взаимно заслонены - угол С1С4С50 равен 16°.

Следует отметить, что хлорзамещенные пиридины используются в качестве гербицидных и рострегулирующих препаратов либо как полупродукты в синтезе последних. Однако до настоящего времени актуальной ос-

б

Научный отдел

АЛ. Маркова, Т.Н. Сердюкова. Conn 5-оксотетратрохромплпя на основе оксо-1,5-дтетонов

остается проблема разработки селективных методов получения хлорпиридинов. Принимая во внимание результаты настоящего исследования, можно утверждать, что получение азотистых гетероциклов, содержащих атом хлора, является несложной задачей, включающей хлорирование 1,5-дикетонов с образованием дихлорзамещенных аналогов, гетероциклизацию последних под действием аммиака и его производных, и считать, что в препаративной органической химии найден эффективный способ синтеза хлорпиридинов.

Библиографический список

1. Харченко В.Г., Чалая С.II. 1,5-дикетоны. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1977. С.42-72.

2. Пчелинцева Н.В., Чалая С.Н., Харченко ВТ. Нуклеофильные реакции арилзамещенных 2,4-дихлор-2-пентен-

1,5-дионов // ЖОрХ. 1990. Т.26, вып.9. С.1904-1908.

3. Kharchenko V.G., Chalaya S.N., Litvinov O.V., Pchelintse-va N. V. Azaheterocyclisation of chlorosubstitited carbonyl compounds // 9th symposium on the chemistry of heterocyclic compounds: Abstracts. Bratislava, 1987. P. 197.

4. Kharchenko V.G., Chalaya S.N., Litvinov О. V. et al. Synthesis and biological activity of benzoylpyrrols, chloropyridines and isoindoles // 5th 1ЕСНБМ conference on heterocycles in bioorganic chemistry: Abstracts. Praga, 1988. P.206.

5. Харченко В.Г., Чалая С.Н., Литвинов О.В. Взаимодействие а,а’-дихлорзамещенных 1,5-дикетонов с аммиаком и ацетатом аммония // ХГС. 1985. №3. С.352-354.

6. Greenhill J.V., Mohamed I.M. Reactions between enami-nones and enons // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1979. P.l, №6. P.1411-1414.

7. Weiss M. Acetic acid ammonium acetate reactions // J. Amer. Chem. Soc. 1952. Vol.74, №1. P.200-202.

8. Общая органическая химия / Под ред. Д. Бартона и У.Д. Оллиса. М.: Химия, 1982. Т.З. С.32-95.

9. Пчелинцева Н.В., Харченко В.Г., Чалая С.Н., Сорокин Н.Н. Стереохимические особенности арилзамещенных 2,4-ди-хлор-2-пентен-1,5-дионов // ЖОрХ. 1994. Т.30, вып.4. С.321-324.

10. Литвинов О.В., Комягин Н.Т., Чалая С,Н. и др. Синтез и молеклярная структура 3-метил-1,5-дифенил-2,4-дихлор-

1,5-пентадиона//ЖОрХ. 1989. Т.25, вып.1. С.34-39.