CC BY
43
УДК 547.341+547.725
П. П. Муковоз (к.х.н., с.н.с.), О. Г. Карманова (асп.), Е. Н. Козьминых (д.фарм.н., проф.),
В. О. Козьминых (д.х.н., проф., зав. каф.)
Простой однореакторный синтез 2,2'-хиноксалин-2,3-диилдиацетатов
Пермский государственный педагогический университет, кафедра химии 614990, г. Пермь, ул. Сибирская, 24; тел. (342) 2127019, e-mail: [email protected]
P. P. Mukovoz, O. G. Karmanova, E. N. Kozminykh, V. O. Kozminykh
The simple one-pot synthesis of 2,2'-quinoxalin-2,3-diyldiacetate
Perm State Pedagogical University 24, Sibirskya Str, 614990, Perm, Russia; ph. (342) 2127019, e-mail: [email protected]
Изучена однореакторная трехкомпонентная конденсация алкилацетатов с диалкилоксалата-ми и 1,2-диаминобензолом, в результате которой с удовлетворительными выходами выделены 2,2' -хиноксалин-2,3-диилдиацетаты. Исследованы особенности строения синтезированных соединений на основании данных ИК, ЯМР ^ спектроскопии и масс-спектрометрии. 2,2' -Хи-ноксалин-2,3-диилдиацетаты в твердом состоянии и растворах представлены 2,2' -эндо-C=N-и бис-экзоэтиленовым 2Z,2'E-экзо-C=C-изоме-рами. На основании спектральных данных отвергнута альтернативная структура 2Z,2'Z-экзо-C=C-изомера.
Ключевые слова: алкилацетаты; диалкилок-салаты; трехкомпонентная оксалильная конденсация; 1,2-диаминобензол; 2,2'-хиноксалин-2,3-диилдиацетаты.
Известно, что продукты гетероциклиза-ций 1,3,4,6-тетракарбонильных соединений (ТКС), обладающие разнообразным строением и значительной реакционной способностью, являются биологически активными веществами, а также могут успешно использоваться в качестве многофункциональных практически значимых материалов 1-3. В синтезе азагетеро-циклов на основе ТКС особое значение имеют новые перспективные методы, в частности, од-нореакторные трехкомпонентные конденсации. Известны отдельные однореакторные синтезы азиновых систем, в процессе которых происходит вовлечение O,N- или ^^бинук-леофилов в оксалильную конденсацию с последующей гетероциклизацией. По такой схеме, в частности, осуществляется трехкомпонент-ная гетероциклизация алкилацетатов с диалки-локсалатами и 2-аминофенолом, протекающая через промежуточные диалкилкетипинаты 1, являющиеся сложноэфирными представителями ТКС 4
Дата поступления 23.04.12
One-pot three component condensation of alkyl-acetates with dialkyl oxalates and 1,2-diamino-benzene is studied, giving 2,2' -quinoxalin-2,3-diyldiacetates with satisfactory yield. Structure peculiarities of synthesized compounds are investigated by IR, NMR 1H spectroscopy and mass-spectrometry. 2,2 -Quinoxalin-2,3-diyldia-cetates in solid state and solutions are presented by 2,2'-endo-C=N- and bis-exoethylene 2Z,2'E-exo-C=C-isomers. Alternative structure of 2Z,2 Z-exo-C=C-isomer is rejected based on spectral data.
Key words: alkyl acetates; dialkyl oxalates; three component oxalyl condensation; 1,2-dia-minobenzene; 2,2'-quinoxalin-2,3-diyldiacetate.
С целью исследования трехкомпонентной азиновой гетероциклизации на основе окса-лильной конденсации нами изучена однореак-торная трехкомпонентная реакция алкилацета-тов с диалкилоксалатами и 1,2-диаминобензо-лом, в результате которой с удовлетворительными выходами выделены 2,2'-хиноксалин-2,3-диилди-ацетаты 2 (схема 1).
Хиноксалины 2 представляют собой желтые кристаллические вещества, нерастворимые в воде и растворимые во многих органических растворителях, их физико-химические характеристики приведены в экспериментальной химической части. Нами исследованы особенности строения соединений 2 с помощью ИК, ЯМР 1Н спектроскопии и масс-спектрометрии.
В твердом состоянии хиноксалины 2 представлены преобладающим 2,2'-эндо-0=^ изомером 2А, лишь с незначительным содержанием бис-экзоэтиленового (2Z,2 'E-экзо-C=C-) изомера 2В. О наличии формы 2А свидетельствуют интенсивные полосы поглощения слож-
Не НЬ
О О
Л1кО
ОЛ1к
О О
1
А1к = Ме, (1)
Л1кО „___^СИз Л1кО
I +
ОО
О
—^ОЛ1к
А1к = Ме (2а), Б1 (2Ь)
О ОЛ1к
1) + NaИ 2 : 1 : 2
2) + ИС1
+
О ОЛ1к
3Л
N О И
зв
(2Z,2'Z)- 2 СО
А1к = Б1 (3)
Схема 1. Синтез и строение 2,2'-хиноксалин-2,3-диилдиацетатов 2 в сравнении с модельной хиноксалино-вой структурой 3
ноэфирных карбонильных групп в ИК спектрах соединений 2a, 2Ь, снятых в таблетке КВг, в области 1735—1738 см-1. Слабые пики поглощения вторичных ЫИ групп в области 34353469 см-1 и малоинтенсивные уширенные низкочастотные полосы карбонильных групп в области 1650-1680 см-1 («плечи» на полосах 1735-1738 см-1) отвечают присутствию в соединениях 2 молекул изомера 2B, имеющего в своем составе МН-хелатные фрагменты.
Понижение частоты данных полос поглощения по сравнению с частотой свободной карбонильной группы (1720-1750 см-1) свидетельствует о сопряжении их в МН-хелатный цикл с устойчивой внутримолекулярной водородной связью (ВВС). В пользу МН-хелатной ВВС свидетельствует также не изменяющиеся интенсивность и положение полос поглощения вторичных аминогрупп в ИК спектрах соединений 2, снятых в растворе хлороформа, по сравнению со спектрами твердых образцов.
Альтернативный изомер 2C можно отвергнуть, анализируя спектр ЯМР соединений 2. В спектрах ЯМР соединений 2, записанных в растворе дейтерохлороформа, присутствуют сигналы, соответствующие маркерным метиновым ^-протонам СИь и Z-протонам СИа
равной интегральной интенсивности в области 4.95-5.00 м.д. и 5.21-5.28 м.д. соответственно, которые отвечают минорному таутомеру 2B (2a, 2%; 2Ь, 3%). Положение маркерных метиленовых протонов С(2,2')И2 в области 4.15-4.19 м.д. отвечает наличию преобладающего таутомера 2A (2a, 98%; 2Ь, 97%), подтверждая данные ИК спектров.
Неожиданные изменения в спектре ЯМР 1И появляются при выдерживании в течение суток раствора соединений 2 в дейтерохлоро-форме при комнатной температуре: количество исходного таутомера 2A значительно понижается (до 35%), появляется преобладающий (2Z,2'Z-экзо-C=C-) таутомер 2C (65%), а менее стабильная форма 2B исчезает. Об этом свидетельствует появление в спектре образца сигнала маркерного метинового протона формы 2С в области 5.83 м.д. В присутствии ДМСО-^6 количество исходной формы 2A в спектре еще сильнее до 22% уменьшается, а доля изомера 2C возрастает до 78%. Такая динамика прототропных превращений описывает переход от первоначальной эндо-С=М-формы 2A, присутствующей в твердом образце, к более устойчивому в растворах, и вероятно, энергетически более выгодному бис-экзо-С=С-
изомеру 2С. Этот процесс регулируется и ускоряется специфической сольватацией. Идентификация таутомеров 2 проведена нами с использованием литературных и собственных данных в сравнении со спектральными характеристиками структурного аналога 3, для которого сигнал маркерного метинового протона хелатного фрагмента молекулы изомерной формы ЗА наблюдается при 5,86 м.д.
Характер масс-фрагментации хиноксали-нов 2 и 3 в масс-спектрах этих соединений (см. экспериментальную химическую часть) хорошо согласуется и полностью соответствует ранее установленным общим закономерностям распада алкоксикарбонилметильных производных хиноксалина 5.
Строение соединений 2 установлено с помощью методов ИК, ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии. Проведено сравнение спектральных характеристик соединений 2 с таковыми их структурного аналога 3 6 (см. экспериментальную часть). Предложен простой удобный способ получения 2,2'-хиноксалин-2,3-диилдиацетатов 2 трехкомпонентной одно-реакторной конденсацией. Представленные нами экспериментальные результаты по способу синтеза хиноксалинов 2 и изучению их строения подтверждают перспективность химических исследований широкого круга окса-лильных мультикомпонентных конденсаций.
Экспериментальная часть
ИК спектры полученных соединений 2а и 2Ь записаны на спектрофотометре «Инфралюм ФТ-02» в таблетке КВг. Спектры ЯМР синтезированных соединений сняты на приборах «Вгикег ЭКХ-500» (500,13 МГц) и «МЕИ-СиКУр1и8-300» (300,05 МГц) в дейтерохлоро-форме, ДМСО-^6 и смеси СЭС13 - ДМСО-^6 (3:1), внутренний стандарт — тетраметилсилан (ТМС) или гексаметилдисилоксан (ГМДС). Масс-спектры соединений записаны на спектрометре Finnigan МАТ ШС0Б-50 в режиме прямого ввода (электронный удар). Протекание реакций контролировали, а индивидуальность полученных веществ подтверждали методом ТСХ на пластинках 8Пи£о1 ИУ-254 в системе бензол—эфир—ацетон, 10:9:1, хрома-тограммы проявляли парами иода. Структурный аналог — хиноксалин 3 получен по методу, описанному в работе 6. Исходные реактивы очищали перекристаллизацией, растворители перед использованием перегоняли.
Диметил-2,2'-хиноксалин-2,3-диилдиаце-тат (2а). К смеси 4.0 мл (50 ммоль) метил-
ацетата, 2.95 г (25 ммоль) диметилоксалата и 100 мл толуола добавляли при перемешивании 1.85 г (50 ммоль) 65% суспензии гидрида натрия в минеральном масле и кипятили смесь 10—12 ч. К горячей реакционной массе добавляют 2.7 г (25 ммоль) 1,2-диаминобензола и 5 мл 15% соляной кислоты. Полученную смесь промывали водой, верхний слой экстрагировали, растворитель упаривали, остаток растирали с эфиром, кристаллизовали из этанола или этилацетата. Получали хиноксалин 2а, выход 0.21 г (31%), т. пл. 131—132 оС. Найдено, %: С 61.63; N 10.06; Н 4.88. С14И14^02. М 274.27. Вычислено, %: С 61.31; N 10.21; Н 5.15. ИК спектр, V, см-1 (КВг): 3469 оч. слаб. н ^Ис, форма 2В), 3442 слаб. V ^И^, форма 2В), 3104 оч. слаб. V (СИа, форма 2В), 3089 оч. слаб. V (СИь, форма 2В), 3042 слаб. V (СИ, Аг), 2992 V,,, (СИ3), 2950 V,,, (С(2,2')И2, форма 2А), 2898 V, (СИ3), 2846 V, (С(2,2')И2, форма 2А), 1738 V (С=0, форма 2А) + V (С(Ш=0, форма 2В), 1685 уш. V (С(1^)=0, хелат, форма 2В), 1652 уш. V (С=С, хелат, форма 2В) + V (С=^ форма 2А), 1608 V (С=С, Аг), 1563 V (С=С, Аг), 1488 V (С=С, Аг), 1468 8а, (СИ3) + ^ножничные (С(2,2')И2, форма 2А), 1436 V (С=С, Аг), 1360 8, (СИ3), 1337 8веерные (С(2,2')И2, форма 2А), 1254 8плоские (СИ, Аг), 1210 V,, (С-0-С, эфирная полоса), 1166, 1145, 1125
Скелетные (С-С), 1110 Vs (С-0-С), 1016 8плоские
(СИ, Аг), 963, 901, 852, 821 Vскелетные (С-С),
782 8не плоские (СИ, Аг), 705 8маятниковые (СИ2,
форма 2А), 650, 617, 594, 558, 543, 516
скелетные
(С-С), 478, 439 8
скелетные
(С-С).
Спектр ЯМР *И (МЕКСШУр1ш-300), 8, м.д. (СЭС13): 3.73 с (6И, 2С00СИ3, формы 2А + 2В), 4.15 с (4И, 2СИ2, форма 2А, 97%), 4,95 с (1И, СИЬ, форма 2В, 3%), 5.21 с (1И, СИа, форма 2В), 7,78 два д, 8.09 два д (4И, С6И4, формы 2А + 2В), 11.60 уш. с (1И, NHс, форма 2В), 12.03 уш. с (1И, NHd, форма 2В).
Диэтил-2,2'-хиноксалин-2,3-диилдиаце-тат (2Ь). Синтезировали по приведенной выше методике, используя 4.9 мл (50 ммоль) этил-ацетата и 3.4 мл (25 ммоль) диэтилоксалата. Получали хиноксалин 2Ь, выход 0.38 г (51%), т. пл. 59—60 оС. Найдено, %: С 61.89; N 9.16; Н 5.78. С16И18^04. М 302.32. Вычислено, %: С 63.57; N 9.27; Н 6.00. ИК спектр, V, см—1 (КВг): 3466 оч. слаб. V ^Ис, форма 2В), 3435 слаб. V ^Щ, форма 2В), 3101 оч. слаб. V (СИа, форма 2В), 3088 оч. слаб. V (СИ^, форма 2В), 3052 слаб. V (СИ, Аг), 2989 V,, (СИ3), 2963 V,, (С(2,2')И2, форма 2А), 2946 V,, (ОШ2СИ3), 2903 V, (СИ3), 2845 V, (С(2,2')И2, форма 2А), 1735 V (С=0, форма 2А) + V
(С(1Е)=0, форма 2B), 1686 уш. н (C(1'Z)=O, хелат, форма 2B), 1650 уш. v (С=С, хелат, форма 2B) + v (C=N, форма 2A ), 1611 v (С=С, Ar), 1562 v (С=С, Ar), 1484 v (С=С, Ar), 1472 8as (CH3) + бножничные (C(2,2')H2, форма 2А), 1426 н (С=С, Ar), 1365 8s (CH3), 1336 8веерные (C(2,2')H2, форма 2А) + 8веерные (OCH2CH3),
плоские
(CH, Ar), 1198 vas (C-O-C, эфир
(C-C)
1275 8
ная полоса), 1164, 1141, 1122 v
1108 vs (C-O-C), 1035 8 944, 929, 902, 825 v (CH, Ar), 698 8
скелетные плоские (CH, Ar), 967
скелетные (C-C), 774 8
не плоские
маятниковые
2A) + 8
маятниковые
(С(2,2')Н2, форма (ОСИ^СИз), 659, 617, 594,
577, 531 Скелетные (С-С), 473, 435 8скелетные (С-С). Спектр ЯМР 1Н (Вгикег ЭКХ-500), 8, м.д. (СЭС13): 1.31 т (6Н, 2СООСН2СН3, I 7.2 Гц, формы 2А + 2В), 4,19 с (4Н, 2СН2, форма А, 97%), 4.27 кв (4Н, 2СООСН2СН3, ] 7.3 Гц, формы 2А + 2В), 5,00 с (1Н, СНЬ, форма 2В, 3%), 5.28 с (1Н, СНа, форма 2В), 7.78 два д, 8.09 два д (4Н, С6Н4, формы 2А + 2В), 11.67 уш. с (1Н, ЫНс, форма 2В), 12,10 уш. с (1Н, ЫНа, форма 2В). Спектр ЯМР (МБКСиКУр1ш-300), 8, м.д. (СЭС13), после выдерживания в течение сут: 1,29 т (6Н, 2СООСН2СН3, ] 7.2 Гц, формы 2А + 2С), 4.21 с (4Н, 2СН2, форма 2Л, 35%), 4.23 кв (4Н, 2СООСН2СН3, ] 7.3 Гц, формы 2А + 2С), 5,83 с (1Н, СН, форма 2С, 65%), 6.95-7.84 м (4Н, С6Н4, формы 2А + 2С), 9.43 уш. с (1Н, NHнесв, форма 2С), 11.11 уш. с (1Н, ЫНсв , форма 2С). Спектр ЯМР (МЕКСШУр1ш-300), 8, м.д. (СЭС13 + ДМСО-^6, 3:1): 1.26 т (6Н, 2СООСН2СН3, I 7.2 Гц, формы 2А + 2С), 4.18 с (4Н, 2СН2, форма 2Л, 22%), 4.16 кв (4Н, 2СООСН2СН3, ] 7.3 Гц, формы 2А + 2С), 5.53 с (1Н, СН, форма 2С, 78%), 6.958,20 м (4Н, С6Н4, формы 2А + 2С), 11,05 уш. с (1Н, NHнесв., форма 2С), 11.59 уш. с (1Н, NHсв., форма 2С). Масс-спектр, ш/г (1отн., %; приведены пики с 1отн > 5%): 303 (13) [М + 1]+, 302 (65) [М]+, 258 (10) [С14Н14^О3]+, 257 (81) [М - С2Н5О]+ или [Cl4H13N2O3]+, 256 (92) [М - С2Н5ОН]+ или [C14H12N2O3]+, 230 (24) [М - С2Н4 - СО2]+ или [ClзHl4N2O2]+, 229 (8) [М - С2Н5О - СО]+ [C13H13N2O2]+, 210 (100) [М -
•'13H13N2O2J 1+
•-13 или
2C2H5OH]+ или [C12H7N2O2]+, 201 (17), 200 (8), 184 (73) [M - C2H5OH - C2H4 - CO2]+ или [ChH8N2O]+, 183 (43) [M - 2C2H5O -CO - H]+ или [ChH7N2O]+, 182 (50) [M -2C2H5OH - CO]+ или [ChH6N2O]+, 173 (48) [Cî0H9N2O]+, 171 (14) [Cî0H7N2O]+, 158 (67)
['CCXY или [C10H10N2]+, 157 (33)
[Cî0H7N2]+, 145 (22) [C9H9N2]+, 144 (12) [C9H8N2]+, 143 (33) [C9H7N2]+, 131 (35) [C8H7N2]+, 129 (24) [C8H5N2]+, 117 (18) [C7H5N2]+, 103 (23) [C6H5Ca"N]+, 102 (36) [C7H4N]+, 89 (45), 77 (12) [C6H5]+, 76 (42), 63 (18), 50 (27), 43 (8), 39 (15).
Этил-(2^)-(3-оксо-3,4-дигидрохинокса-лин-2(1 Н)-илиден)ацетат (3). Спектр ЯМР 1H (Bruker DRX-500), 8, м.д. (CDCl3): 1.33 т (3H, COOCH2CH3, формы 3A + 3B), 4,00 с (2H, CH2, 3B, 9%), 4.26 кв (2H, COOCH2CH3, 3A + 3B), 5.86 с (1H, CH, 3A, 91%), 6.96 д, 7.02 т, 7.10 т (4H, C6H4, 3A + 3B), 9.15 уш. с (1H, N(4)H, 3B), 9.20 уш. с (1H, N(4)H, 3A), 11.16 уш. с (1H, N(1)H, 3A). Масс-спектр, т/ z (1отн , %; приведены пики с 1отн > 5%): 233 (11) [M + 1]+, 232 (75) [M]+, 187 (35) [M -C2H5O]+ или [C10H7N2O2]+, 186 (100) [M -C2H5OH]+ или [Cî0H6N2O2]+, 160 (8), 159 (12) [M - C2H5O - CO]+ или [C9H7N2O]+, 158 (52) [M - C2H5OH - CO]+ или [C9H6N2O]+, 157 (5), 132 (8), 131 (21) [C8H7N2]+, 130 (31) [C8H6N2]+, 129 (5) [C8HSN2]+, 104 (7) [C7H6N]+, 103 (30) [C6H5Ca"N]+, 102 (7) [C7H4N]+, 90 (21), 78 (5), 77 (16) ^Hsf, 76 (11), 65 (12), 64 (8), 63 (10), 53 (7), 52 (11), 51 (10), 50 (6), 40 (7), 39 (10).
Литература
1. Козьминых В. О., Игидов Н. М., Козьми-ных Е. Н., Березина Е. С. 1,3,4,6-Тетракарбо-нильные системы и родственные структуры со сближенными а- и ¿8-диоксофрагментами: синтез, строение, реакции с нуклеофилами и биологическая активность // Матер. Первой Межд. конф. «Химия и биологическая активность азотистых гетероциклов и алкалоидов».- Москва, 2001.- М.: изд-во «Иридиум-пресс», 2001.-Т.1.- С. 345.
2. Козьминых В. О., Гончаров В. И., Козьминых Е. Н., Муковоз П. П. // Вестн. Оренб. ГУ.-2007.- Вып. 9.- С. 134.
3. Козьминых В. О., Муковоз П. П., Кириллова Е. А. // Вестн. Оренб. ГУ.- 2009.- Вып. 5.- С. 155.
4. Муковоз П. П., Крохин И. П., Козьминых В. О., Ноздрин И. Н. Необычная реакция этилацетата с диэтилоксалатом и о-аминофенолом // Сб. тр. 4-й Межд. конф. «Химия и биологическая активность синтетических и природных соединений».- Санкт-Петербург, 2010.- С. 321.
5. Inagaki T., Iwanami Y. // Mass Spectroscopy.-1978.- V.26, №4.- P.353.
6. Chapman D. D. // J. Chem. Soc.- 1966.- Vol. C, №9.- P. 806.
[C10H9N2]+, 156 (72) [C10H8N2]+, 155 (88)
