CC BY
18ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 59 (4) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2016
УДК 547.814.1
О.А. Мажукина, А.А. Шкель, О.В. Федотова
ПИРАНОХРОМЕНОНЫ, СОЛИ ХРОМЕНОНТИОПИРИЛИЯ.
ПЕРСПЕКТИВЫ СИНТЕЗА
Ольга Анатольевна Мажукина, Андрей Анатальевич Шкель (ЕЗ), Ольга Васильевна Федотова Кафедра органической и биоорганической химии, Институт химии, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, ул. Астраханская, 83, Саратов, Российская Федерация, 410012 E-mail: [email protected] (М), [email protected]
Изучены реакции пропанонилхроменонов с кислотами протонного и апротонного характера. Методом ЯМР 1Н спектроскопии показана возможность ароматизации 4Н-тиопиранового фрагмента в тиопиранохромен-2-онах до солеобразных конденсированных систем - перхлоратов (трифторацетатов) хроменонтиопирилия.
Ключевые слова: пропанонилхроменоны, (тио)пиранохроменоны, соль хроменонтиопирилия, гетероциклизация, ароматизация
О.А. Mazhukina, А.А. Shkel, О.V. Fedotova
Olga A. Mazhukina, Andreiy A. Shkel (M), Olga V. Fedotova
Department of Organic and Bioorganic Chemistry, Institute of Chemistry, Saratov State University, Astrakhan-
skaya str., 83, Saratov, Russia, 410012
E-mail: [email protected] (M), [email protected]
PYRANOCHROMENES, THIOPYRANOCHROMENILIUM SALTS.
PERSPECTIVES OF SYNTHESIS
The reactions of propanonilchromenes with protonic and aprotonic acids were investigated. The possibility of aromatisation of thiopyranochromen-2-ones' 4H-thiopiranic fragment was demonstrated using NMR 1H spectroscopy method in time and new chromenothiopyrilium per-chlorates (thriftoracetates) were discovered.
Key words: propanonilchromenes, (thio)pyranochromenones, chromenothiopyrilium salt, heterocycli-zation, aromatization
Соединения, содержащие в своем составе 2Н-хромен-2-оновый фрагмент, обладают широким спектром биологической активности [1, 2], используются как лекарственные препараты [3], метки для биологических исследований [4], флуоресцентные зонды, обладающие собственной флюоресценцией [5], и являются перспективными объектами для химической модификации. Однако
до наших исследований не удавалось практически осуществить синтез гетероароматических солей на основе 3-замещенных хромен-2-онов, хотя известно, что они легко могут быть получены на основе карбоциклических (оксо)1,5-дикетонов и их биологическая активность выше, чем у соответствующих аннелированных гидрохроменов и тиохроменов [6]. В связи с этим, поиск путей син-
теза солеи новых гетеросистем является актуальной проблемой современной химии гетероциклических соединений.
Нами впервые была предпринята попытка получения трифторацетатов хроменопирилия на основе пропанонилхромен-2,4-дионов 1,2, существующих в енольных формах - 4-гидрокси-3-(3-оксо-1,3-дифенилпропил)-2Н-хромен-2-она (1а) и
4-гидрокси-3 -(3 -оксо-1,3-ди(4-хлорфенил)пропил)-2Н-хромен-2-она (2а) [7, 8]. Найдено, что при действии на оксосоединения 1а, 2а трифторуксусной кислоты образование солей не наблюдается. Реакция останавливается на стадии формирования 2,4-дифенил-4Н-пирано[1,2-с]хромен-5-она (3) и 2,4-ди(4-хлорфенил)-4Н-пирано[1,2-с]хромен-5-она (4).
CF3COOH
(СзН7)20
R=H (1, 3) R=Cl (2, 4)
Аналогичная картина наблюдается при действии на субстраты 1а, 2а пентахлорида фосфора (как кислоты Льюиса) в уксусной кислоте и эфирата трехфтористого бора как в уксусной кислоте, так и в диизопропиловом эфире. Выходы продуктов составляют от 30 до 75%.
ЯМР :Н спектры пиранохроменонов 3, 4 характеризуются дублетами метинового и ви-нильного протонов при 4,70, 4,66 м.д. (J = 4 Гц) и 5,83, 5,76 м.д. (J = 4 Гц) соответственно. Мульти-плет ароматических протонов проявляется в области 7,20-8,02 м.д.
Для активации реакции ароматизации, одним из результатов которой могли явиться желаемые гетероциклические соли, в реакционную смесь был введен акцептор гидрид-иона (бензи-лиденацетофенон). Однако это не привело к соле-образованию, что может быть объяснено устойчивостью возникающих пиранохромен-2-онов вследствие наличия сопряжения в гетеросистеме.
Известно, что сернистые конденсированные аналоги пиранов - гидротиохромены образуют соли легче [9, 10]. В связи с этим, в реакцию с хлорной кислотой были введены 2,4-дифенил-, 2,4-ди(4-хлорфенил)-4Н-тиопирано[1,2-с]хромен-5-оны (5, 6), которые возникают в реакции пропа-нонилхромен-2-онов (1, 2) с сульфидом цинка в кислой среде в условиях «in situ» [7]. При кипячении выделены перхлораты 5-оксо-2,4-дифенил- и 5-оксо-2,4-ди(4-хлорфенил)-5Н-хромено[3,2-с]-тиопиран-1-илия (7, 8) с выходом 65 и 68% соответственно. Этого не наблюдалось при введении в реакцию в аналогичных условиях кислородного аналога 4.
Я=С1 (6, 8)
Под действием кислорода воздуха в кислой среде, вероятно, происходит окисление по метиновому атому углерода с образованием ин-термедиатов - гидроперекисей, при дальнейшем распаде которых получаются соли, что подтверждается отсутствием дублетов исходных соединений в ЯМР 1Н спектрах продуктов, записанных в ДМСО-<1б (рис. 1, аналогично для соединения 7). Гидротиопиранохроменового продукта в реакционной среде не наблюдалось, что в определенной степени исключает образование тиопирилиевого катиона по механизму диспропорционирования, свойственного такого рода гетероциклическим соединениям.
В ИК спектре перхлоратов 5-оксо-2,4-ди-фенил, 5-оксо-2,4-ди(4-хлорфенил)-5Н-хромено-[3,2-с]тиопиран-1-илия (7, 8) обнаружены полосы поглощения, отвечающие валентным колебаниям лактонных групп, в интервале частот 1810-1785 см-1, простой тиоэфирной связи при 659-642 см-1.
Согласно данным ЯМР 1Н спектроскопии (СБСЬ) солей 7, 8 мультиплет ароматических протонов отмечен в области 7,21-8,08 м.д. Точнее отнести сигналы спектров соответствующим протонам молекул не представляется возможным, так как вследствие наличия сложной сопряженной ароматической системы происходит наложение
пиков, затрудняющее определение их мульти-плетности, однако интегральная интенсивность мультиплетов в данной области указывает на то, что в соединении отсутствуют неароматические протоны, что позволяет судить о возникновении соли именно такого типа и об отсутствии других примесей.
Учитывая возможность участия кислорода воздуха в формировании солеобразных систем типа 7, 8, реакция для тиопиранохроменона 6 в CFзCOOD была проведена нами непосредственно в ампуле спектрометра, где доступ кислорода воздуха ограничен, но не исключен. За ходом превращения следили, периодически снимая ЯМР :Н спектры с реакционной среды.
S^ C6H4-pCl
O C6H4-PCI
O
O
C6H4-PC1 OH
C6H4-PC1
CF3COOH O'
S^ C6H4-PCI
sf C6H4-PCI CF3COO
9
O
2
C6H4-C1
C6H4-C1
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 ХмГд. Рис. 1. ЯМР 'Н спектр перхлората 5-оксо-2,4-ди(4-хлор-фенил)-5Н-хромено[3,2-с]тиопиран-1-илия (8) (DMSO-dö) Fig. 1. NMR 'H spectrum of Perchlorate of 5-oxo-2,4-di(4-clorphenyl)-5N-chromeno[3,2-c] thiopyrane-1-ile (8) (DMSO-d6)
Полное преобразование исходного субстрата 6 в соль 9 наблюдалось через 72 ч, что фиксировалось по исчезновению дублетов метинового и винильного протонов тиопиранового фрагмента (рис. 2, 3). Сигнал атома Н3' попадает в область ароматических протонов, сливаясь с ними.
На накопление сигнала, необходимого для снятия спектров ЯМР 13С, потребовалось значительное время, в ходе которого состав реакционной смеси существенно изменился, в связи с этим данный метод исследования во времени не применялся.
При проведении данного эксперимента в ампуле спектрометра в инертной атмосфере (после продувания азотом) через указанное время изменений в среде не наблюдается, что также дает
основание полагать о влиянии кислорода воздуха, растворенного в кислоте на процесс ароматизации субстратов.
12' 11 10' 9 ' 8 '"У " "6 ' "5 4 3. 2
о, м.д.
Рис. 2. ЯМР 'Н спектр интермедиатов реакции 2,4-ди(4-хлорфенил)-4Н-тиопирано[1,2-с]хромен-5-она (6) и трифто-рацетата 5-оксо-2,4-ди(4-хлорфенил)-5Н-хромено[3,2-с]тиопиран-1-илия (9) в CF3COOD Fig. 2. NMR 'H spectrum of intermidiates of reaction of 2,4-di(4-clorphenyl)-4H- thiopyrano[1,2-c] chromene-5 one (6) and triflu-orane acetate of 5-oxo- 2,4-di(4-clorphenyl)-5N-chromeno{3,2-c] thiopyrane-1-ile (9) in CF3COOD
При кипячении тиопиранохромен-2-она 6 с трифторуксусной кислотой наблюдалась иная картина. Контроль за ходом процесса солеобразо-вания осуществлялся по ТСХ. Установлено, что с первой же минуты возникает соль, о чем свидетельствует ярко-желтое пятно на старте хромато-граммы. Пятно, соответствующее исходному соединению (Rf(5) 0,30), также присутствует. Через
12 ' ' 11 IО 9 8 7 6 5 4 3 2 5, м.д.
Рис. 3. ЯМР 'Н спектр трифторацетата 5-оксо-2,4-ди(4-хлорфенил)-5Н-хромено[3,2-с]тиопиран-1-илия (9) в CF3COOD
Fig. 3. NMR 'H spectrum of trifluorane acetate of 5-oxo- 2,4-di(4-chlorphenyl)-5N-chromeno{3,2-c] thiopyrane-1-ile (9) in CF3COOD
5 ч интенсивность окрашивания пятна соли усиливается, а исходного соединения - уменьшается. Через 24 ч картина ТСХ не меняется, а через 48 ч наблюдается пиранохроменон 4, который выделяется из реакционной среды в индивидуальном состоянии и по температуре плавления и данным элементного анализа соответствует образцу, полученному в вышерассмотренных условиях. Вероятно, на ход данной реакции также влияет кислород воздуха, разлагая фиксируемую хромато-графически соль до пиранохроменона 4.
Таким образом, экспериментальным и спектральным путем обнаружена возможность ароматизации тиопиранохромен-2-онов и показана роль кислорода воздуха в этом процессе.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Спектры ЯМР 'Н регистрировали на спектрометре Varían 400 при температуре 25 °С (400 МГц). Внутренний стандарт ТМС. Элементный анализ проводили на программно-аппаратном анализаторе Vario Micro Cube. Температуры плавления определены капиллярным методом. Контроль за ходом реакции и индивидуальностью полученных веществ осуществлялся методом ТСХ на пластинках Silufol UV-254, элюент - гексан-эфир-ацетон, 3:1:1, проявитель - пары йода.
Исходные вещества 1а, 2а получали на основе 4-гидроксихромен-2-она и бензилиденацето-фенонов в среде этилового спирта при нагревании (78-79°С) по модифицированной нами методике [11] с использованием пиперидина в качестве катализатора, синтез соединения 4 описан в [7].
2,4-Дифенил-4Н-пирано[1,2-с]хромен-5-он (3) и 2,4-ди(4-хлорфенил)-4Н-пирано[1,2-с]хро-мен-5-он (4)
А. Оксосоединения 1а, 2а (5,7 ммоль) перемешивают до растворения в 20 мл трифторук-сусной кислоты при комнатной температуре до
полного исчезновения исходного вещества. Отделяют выпавшие светло-желтые кристаллы, сушат. Выход продукта 3 - 1.68 г (91%). Тпл. 170-171 °С (табл. 1). Выход продукта 4 - 2.20 г (89%) Тпл. 224225 °С [7].
Таблица 1
Физико-химические характеристики соединения 3 Table 1. Physical-chemical properties of compound 3
№ Найдено,% Вычислено, % ИК спектр, см-1 ЯМР1Н спектр, 5, м.д. ^DCb)
С Н
3 81,12 81,46 4,58 4,27 1705-1715 (С=О лакт.) 1615-1625, 1640-1645 (С=С) 4,70, (д., 1Н, СН J=4 Гц) 5,83 (д., 1Н, СН J=4^) 7,20-8,02 (м., 12Н, СН аром.)
B. Оксосоединения 1а, 2а (3,7 ммоль) перемешивают до растворения в 20 мл ледяной уксусной кислоты. При 30 °С добавляют 9 мл (4,0 ммоль) эфирата трехфтористого бора. Перемешивают до полного исчезновения исходного вещества. Выпавшие светло-желтые кристаллы отделяют, промывают до нейтральной реакции водой, сушат. Выход продукта 3 - 0,61 г (60%), Выход продукта 4 - 0,57 г (40%).
C. Аналогично проводят реакцию в диизо-пропиловом эфире. Выход продуктов 3 и 4 - 30 и 41% соответственно.
D. Оксосоединения 1а, 2а (2,1 ммоль) перемешивают до растворения в 20 мл ледяной уксусной кислоты. Добавляют 1 г (4,8 ммоль) пен-тахлорида фосфора. Выход продуктов 3 и 4 - 70 и 75% соответственно.
Перхлорат 5-оксо-2,4-дифенил-5Н-тиопи-рано^^-^хромен-Ьилия (7)
В плоскодонную колбу добавляют 15 мл ледяной уксусной кислоты и 8 мл пропионового ангидрида. Растворяют при перемешивании на магнитной мешалке 0,88 г (2,40 ммоль) тиопирано-хромен-2-она 5. Добавляют 0,60 мл (3,60 ммоль) хлорной кислоты (72%) и перемешивают при нагревании (70-80 °С) до окончания реакции. Контроль за ходом реакции проводят по ТСХ. Выход перхлората 7 составляет 0,72 г (65%) Тпл. 252-253 °С (табл. 2).
Перхлорат 5-оксо-2,4-ди(4-хлорфенил)-5Н-тиопирано[3,2-c]хромен-1-илия (8)
Синтез проводят по аналогичной методике с использованием 1,05 г (2,40 ммоль) тиопирано-хромен-2-она 6 и 0,60 мл (3,60 ммоль) хлорной кислоты (72%). Выход перхлората 8 составляет 0,88 г (68%) Тпл. 257-258 °С (табл. 2).
Таблица 2
Физико-химические характеристики соединений 7, 8 Table 2. Physical-chemical properties of compounds 7, 8
№ Найдено, % Вычислено, % ИК спектр, см1 ЯМР 1Н спектр, 5, м.д. (ШСЬ)
С Н Cl S
7 61,59 61,74 3,35 3,24 7,80 7,59 6,70 6,87 1810 (С=О лакт.) 656-645 (С-S-Q 7,21- 8,08 (м, 15Н, СН аром)
1785
(С=О лакт.) 7,34-7,97 (м, 13Н, СН аром)
8 53,66 2,80 19,78 5,76 560-570
53,80 2,45 19,85 5,98 (C-Cl) 659-642 (С-S-Q
Результаты работы получены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 16-03-00730).
ЛИТЕРАТУРА
1. Лакин К.М., Смирнова Т.В., Вишнякова Г.В. // Хим. фарм. журн. 1989. Т. 23. № 10. С. 1212-1217.
2. Евстигнеева Р.П., Воков И.М., Чудинова В.В. // Биолг. мембраны. 1998. Т. 15. № 12. С. 119-136.
3. Al-Soud Y.U., Al-Masoudi I.A., Saeed B. // ХГС. 2006. Т. 41. № 5. С. 669-676.
4. Хиля В.П., Шаблыкина О.В., Ищенко В.В. Избранные методы синтеза и модификации гетероциклов / Под ред. Карцева В.Г. М.: IBS PRESS. 2003. Т. 2. С. 518-533.
5. Птицкая С.А., Паращенко И.И., Мажукина О.А., Смирнова Т.Д. // Соврем. проблемы теоретич. и эксперимент. химии. Межвуз. сборник науч. трудов IX Все-рос. конф. мол. ученых с международ. участием. Саратов: КУБиК. 2011. С. 135-137.
6. Куликова Л.К., Харченко В.Г., Кривенько А.П., Федотова О.В., Кравцова Г.К. // Хим. фарм. журн. 1982. Т. 16. № 5. С. 545-547.
7. Шкель А.А., Мажукина О.А., Федотова О.В. // ХГС. 2011. № 5. С. 789-791.
8. Mazhukina O., Monakhova Y., Kolesnikova S., Mushta-kova S., Fedotova O. // J. Mat. Sci. Eng. 2012. B 2 (10). P. 505-512.
9. Degani J., Fochi R., Vincenti C. // Tetrah. Lett. 1963. N 18. Р. 1667-1670.
10. Харченко В.Г., Чалая С.Н. // ЖОрХ. 1975. Т. 11. № 5. С. 1540-1544.
11. Jkawa J., Stahmann R., Link S. // J. Am. Chem. Soc. 1944. V. 66. N 3. P. 902-906.
REFERENCES
1. Lakin K.M., Smirnova T.V., Vishnyakova G.V. // Pharm. Chem. J. 1989. V. 23. N 10. P. 824-826.
2. Yevstigneyeva R.P., Vokov LМ., Chudinovа V.V. // Biochemistry (Moscow) Supplement. Series A: Membrane and Cell Biology. 1998. V. 15. N 12. P. 119-136.
3. Al-Soud Y.U., Al-Masoudi I.A., Saeed B. // Chem. Heter-ocycl. Compd. 2006. V. 41. N 5. C. 583-590.
4. Khilia V.P., Shablykina О.V., Ishchenko V.V. Selected methods of synthesis and modification of heterocycles / Kartsev VG. M.: IBS PRESS. 2003. V. 2. P. 518-533 (in Russian).
5. Ptitskaya S.A., Parashchenko H, Маzhukina О.А., Smirnova ^D. // Modern problems of theoretical and experimental chemistry. Higher school collected papers of IX All-Russian conference of young scientists with international participation. Saratov: KUBK. 2011. C. 135-137 (in Russian).
6. Kulikova L.K., Kharchenko V.G., Kriven'ko AP., Fedotova О.V., Kravtsova G.K // Pharm. Chem. J. 1982. V. 16. N 5. P. 545-547.
7. Shkel A.A., Grigoryeva O.A., Fedotova O.V. // Chem. Heterocycl. Compd. 2011. V. 46. N 12. P. 1509-1511.
8. Mazhukina O., Monakhova Y., Kolesnikova S., Mushta-kova S., Fedotova O. // J. Mat. Sci. Eng. 2012. B 2 (10). P. 505-512.
9. Degani J., Fochi R., Vincenti C. // Tetrah. Lett. 1963. N 18. P. 1667-1670.
10. Kharchenko V.G., Chalaya S.N. // Zhurn Org. Khimii 1975. V. 11. N 5. C. 1540-1544 (in Russian).
11. Jkawa J., Stahmann R., Link S. // J. Am. Chem. Soc. 1944. V. 66. N 3. P. 902-906.
Поступила в редакцию 12.05.2014 Принята к печати 01.03.2016
