CC BY
10Journal of Siberian Federal University. Chemistry 3 (2010 3) 253-259
УДК 547.655:547.51
С-алкилирование 1,4-дигидроксинафталина третичными спиртами
И.В. Петерсона*, В.А. Соколенкоа, Н.М. Свирскаяа, А.И. Рубайлоаб
а Институт химии и химической технологии СО РАН Россия 660049, Красноярск, ул. К.Маркса, 42 б Сибирский федеральный университет Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 1
Received 6.09.2010, received in revised form 13.09.2010, accepted 20.09.2010
Исследовано взаимодействие 1,4-дигидроксинафталина с третичными спиртами в трифторуксусной кислоте. Показано, что алкилирование происходит в положение 2 с последующей кето-енольной таутомерией и образованием 2-(1-трет.алкил)-2,3-дигидронафталин-1,4-дионов. С помощью H ЯМР-спектроскопии изучена кинетика кето-енольной перегруппировки 2-(1-адамантил)-2,3-дигидронафталин-1,4-диона в 2-(1-адамантил)-1,4-дигидроксинафталин под действиемморфолина. 2-(1-адамантил)-1,4-дигидроксинафталин быстро окисляется кислородом воздуха в 2-(1-адамантил)-1,4-нафтохинон.
Ключевые слова: алкилирование, кето-енольная таутомерия, ЯМР-спектроскопия, кислотный катализ, 1,4-дигидроксинафталин.
В работе [1] впервые было описано превращение 1,4-дигидроксинафталина (1) в его таутомерную форму - 2,3-дигидронафталин-1,4-дион. Позднее было установлено, что 1 претерпевает кето-енольную таутомерию при температуре 200О С [2], в трифторуксусной кислоте [3] и в суперкислотах [4] (рис. 1).
Несмотря на то, что 2,3 -дигидронафталин-1,4-дион кинетически стабилен при комнатной температуре и может использоваться как интермедиат в разнообразных органических и металлорганических синтезах, к настоящему времени в литературе описано лишь небольшое количество соединений, содержащих кето-форму соединения 1 [5-7]. В работе
[3] установлено, что при кислотном катализе происходит моно О-алкилирование 1 первичными и вторичными спиртами с образованием стабильных моноэфиров.
Нами изучено алкилирование 1 третичными спиртами в среде трифторуксусной кислоты.
Известно, что различные производные 1 и 1,4-нафтохинона широко используются в фармакологии. Так, серия витаминов К, обладающих антикоагуляционным эффектом, - метил-производные 1,4-нафтохинона [8]. Кроме того, было установлено, что подобные соединения обладают противораковыми свойствами [9]. Многие производные адамантана также ис-
* Corresponding author E-mail address: defender200385@mail.ru
1 © Siberian Federal University. All rights reserved
ОН
он
Рис. 1. Кето-енольная таутомерия 1
пользуются в фармакологии [10-11]. Вышеперечисленные факты делают все впервые синтезированные нами соединения перспективными с точки зрения медицинской химии.
Результаты и обсуждения
Обнаружено, что в среде СFзCOOH происходит С-алкилирование соединения 1 в положение 2 с одновременной кето-енольной таутомерией и соответствующие соединения образуются в дикетонной форме (табл. 1, рис. 2).
Дикетоны 2-4 стабильны в обычных условиях. Диенольная форма соединения 2 -[2-(1-адамантил)-1,4-дигидроксинафталин] (5) была получена при взаимодействии с морфолином в запаянной ЯМР-ампуле под атмосферой аргона. После разгерметизации ЯМР-ампулы 5 быстро окисляется в 2-(1-адамантил)-1,4-нафтохинон (6) (рис. 3). Механизм подобного окисления исследован в [12]. Соединение 6 было получено ранее гомолитическим адамантилированием 1,4-нафтохинона [13].
На рис. 4 представлены 'Н ЯМР-спектры (ароматическая часть) соединений 2, 5 и 6.
О
О
Химические сдвиги (5, ррт) ароматических протонов в соединение 2: 7.97-8.01 (мульти-плет, 2Наром), 7.73-7.77 (мультиплет, 2Наром). Химические сдвиги ароматических протонов в соединение 5: 8.03-8.12 (мультиплет, 2Наром), 7.36-7.43 (мультиплет, 2Наром). 6.81 (синглет, 1Наром). Химические сдвиги ароматических протонов в соединение 6: 7.98-8.06 (мультиплет, 2Наром), 7.69-7.74 (мультиплет, 2Наром), 6.72 (синглет, 1Наром). По значениям интегралов соответствующих сигналов ароматических протонов определяли изменение концентрации кетонной и енольной форм и рассчитывали скорость реакции изомеризации 2 в 5 (рис. 5).
В результате было установлено, что при различных концентрациях морфолина реакция протекает по псевдо-первому порядку по дикетону 2 с периодом полупревращения (т) 10,74, 2,97 и 0,96 ч соответственно (табл. 2).
Используя константы скорости (к), проведена оценка формального порядка реакции по морфолину [14]. Он оказался равен 2,74±0,06. Столь высокое значение может быть обусловлено изменением свойств растворителя при больших концентрациях морфолина.
Таблица 1. С-алкилирование 1 третичными спиртами: R1 - адамантанол-1; R2 - трет.бутанол; R3 - трет. амиловый спирт.
Продукт Спирт Т, °С Время, ч Выход, %
2 Я1 23-25 75 86
3 Я2 23-25 72 79
4 Я3 23-25 73 82
Рис. 2. С-алкилирование 1
Рис. 3. Кето-енольная таутомерия 2 в 5 в запаянной ЯМР-ампуле и окисление 5 в 6
8.2 8.1 8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 6.9 6.8 ррт
Рис. 4. Щ ЯМР-спектры (600 МГц, CD2Cl2, ароматическая часть) соединений 2, 5 и 6
Время, часы
Рис. 5. Кинетические кривые изомеризации 2 в 5 при различных концентрациях морфолина: 1. С=1.91 м/л; 2. С=3.13 м/л; 3. С=4.59 м/л.
Таблица 2. Данные по кинетике кето-енольной таутомерии 2 в 5. Температура 22,4 °С.
С [4], моль/л С [Морфолин], моль/л т, ч к, сек-1
0,097 1,91 10,74 1,79x10 "5 ±0,02
0,097 3,13 2,97 6,45x10 "5 ±0,02
0,097 4,59 0,96 2,00х10-4 ±0,03
он О
Рис. 6. Механизм С-алкилирования (Ad=адамантил-1)
Алкилирование соединения 1 в положение 2 третичными спиртами в CF3COOH, в отличие от H. Laatsch [3], можно объяснить тем, что в данном случае кислотность системы достаточна для образования третичных карбка-тионов как промежуточных алкилирующих агентов [4]. По-видимому, это происходит по схеме представленной на рис. 6.
Таким образом, нами разработан простой метод С-алкилирования 1 с образованием соответствующих 2-(трет.алкил)-
2.3-дигидронафталин-1,4-дионов и изучена кинетика кето-енольной таутомерии соединения 2 под действием морфолина.
Экспериментальная часть
Щ и 13С ЯМР-спектры (600,13 и 150,9 МГц соответственно, внутренний стандарт -ТМС) были записаны на спектрометре Bruker Avance III 600. ИК-спектры записаны на спектрометре Bruker Tensor 27. Масс-спектры измерены на хромато-масс-спектрометре Agilent 7890А с масс-селективным детектором 5975 с. Точки плавления измерены на приборе Electrothernal IA9000. Все химические реагенты производства Acros Organics.
Общая схема синтеза соединений 2-4
0,5 ммоль 1,4-дигидроксинафталина (0,8 г), 0,5 ммолей третичного спирта помещали в колбу под атмосферой аргона. Добавлялась CF3COOH (10 мл, 0,13 моль), и реакционные смеси встряхивались в течение 72-75 ч при комнатной температуре. Далее реакционные смеси выливали в H2O (100 мл) и осадки подвергались вакуумной фильтрации и высушиванию.
2-(1-адамантил)-2,3-дигидронафталин-
1.4-дион (2): Светло-серые кристаллы. Выход 86 %; Т.пл.: 143-145 С° (из этанола). 1Н ЯМР (600 МГц, CD2Cl2), 5, ppm: 7.97-8.01 (м, 2Н), 7.73-7.77 (м, 2Н), 3.19 (дд, 1H, 3J= 2.80
Гц, 4 =17.10 Гц), 3.05 (дд, 1Н, 4 =17.10 Гц, 4=6.92 Гц), 2.70 (дд, 1Н, 4=6.92 Гц, 4=2.80 Гц), 2.23-1.80 (15Н, адамантановый фрагмент). 13С ЯМР (150.9 МГц, CD2Cl2), 5, ррт: 197.1, 195.4,
137.4, 135.5, 133.5, 133.2, 126.3, 125.7, 58.9, 40.4, 40.1, 38.4, 36.6, 28.6. ИК (КВг): 3351, 3071, 2922, 2898, 2848, 1688 см-1. Масс-спектр (Е1): т^=294 [М+]. Вычислено: С20Н22О2=294.
2-(трет.бутил)-2,3-дигидронафталин-1,4-дион (3). Масло. Выход 79 %. 'Н ЯМР (600 МГц, CD2Cl2), 5, ррт: 8.01-8.03 (м, 2Н), 7.767.80 (м, 2Н), 3.16 (дд, 1Н, 4=6.52 Гц, 4=16.85 Гц), 3.13 (дд, 1Н, 4=5.36 Гц, 4=16.85 Гц), 2.93 (дд, 1Н, 4=5.36 Гц, 4=6.52 Гц), 1.03 (с, 9Н). 13С ЯМР (150.9 МГц, CD2Cl2), 5, ррт: 197.3,
195.5, 137.2, 135.3, 133.6, 133.2, 126.5, 125.0, 57.1, 39.8, 33.4, 27.8. ИК (КВг): 3059, 2963, 2873, 1685, 1665, 1595, 1463 см-1. Масс-спектр (Е1): (ш/2)=216\М+]. Вычислено: С14Н1602=216.
2-(трет.амил)-2,3-дигидронафталин-1,4-дион (4). Масло. Выход 82 %. 1Н ЯМР (600 МГц, CD2Cl2), 5, ррт: 8.00-8.04 (м, 2Н), 7.75-7.79 (м, 2Н), 3.12 (дд, 1Н, 4=5.22 Гц, 4=16.80 Гц), 3.02 (дд, 1Н, 4=6.48 Гц, 4=16.80 Гц), 2.92 (дд, 1Н, 4=6.48 Гц, 4=5.22 Гц), 1.44 (кв, 2Н, 4=7.48 Гц), 0.95 (с, 3Н), 0.91 (с, 3Н), 0.88 (тр, 3Н, 4=7.48 Гц). 13С ЯМР (150.9 МГц, CD2Cl2), 5, ррт: 198.6, 196.6, 137.0, 135.2, 134.2, 133.7, 126.5, 125.8, 55.4, 39.8, 36.5, 33.0, 28.0, 24.7, 7.9. ИК (КВг): 3067, 2967, 2910, 2878, 1698, 1666, 1594, 1460 см-1. Масс-спектр (Е1): (тк)= 230 [М+]. Вычислено: С15Н1802=230.
2-(1-адамантил)-1,4-дигидроксинаф-талин (5): 1 ммоль (0,09 г) морфолина и 0,6 мл CD2Cl2 заливали в ЯМР-ампулу и поме -щали ее в жидкий азот. После замораживания реакционной смеси в ампулу вносили 1 ммоль (0,294 г) соединения 2. Далее ампулу размораживали и вакуумировали под атмосферой аргона. ЯМР-спектры снимали при температуре 22,4 °С. 1Н ЯМР (600 МГц, CD2Cl2), 5, ррт: 8.70 (уш.с, ОН),
8.88 (уш.с, ОН), 8.03-8.12 (м, 2Н), 7.36-7.43 (м, 2Н), 6.81 (с, 1Н), 2.47-1.83 (15Н, адаман-тановый фрагмент). 13С ЯМР (150.9 МГц, CD2Cl2), 5, ррт: 146.7, 142.8, 133.6, 128.5, 124.9, 124.2, 123.7, 122.1, 121.5, 107.9, 41.1, 37.1, 36.9, 29.4. Быстро окисляется в соединение 6 после разгерметизации ЯМР-ампулы.
2-(1-адамантил)-1,4-нафтохинон (6): 'Н NMR (600 МГц, CD2Cl2), 5, ppm: 7.98-8.06 (м, 2H), 7.69-7.74 (м, 2Н), 6.72 (с, 1Н), 2.45-1.79 (м, 15H, адамантановый фрагмент). 'Н ЯМР-спектр идентичен описанному авторами [13]. 13С NMR (150.9 МГц, CD2Cl2), 5, ppm: 185.7, 184.7, 158.0, 134.3, 133.8, 133.6, 133.2, 131.37, 126.7, 125.2, 40.4, 38.1, 36.7, 28.6.
Авторы выражают благодарность Е.Г. Струковой (ЦКП СФУ) за съемку масс-спектров, И.В. Корольковой (ИХХТ СО РАН) за съемку ИК-спектров и О.С. Чудину (ИХХТ СО РАН) за помощь в проведении экспериментов с герметизацией ЯМР-ампул.
Список литературы
1. Thomson R. H. The structure of ß-hydrojuglone and related compounds. Keto-enols of the naphthalene series // J. Chem. Soc. 1950. p.1737-1742.
2. Pearson M. S., Jensky B.J., Greer B. J., Hagston J. P., Wells N.M. Substituent effects in the keto-enol tautomerism of fused 1,4-naphthalenediols // J. Org. Chem. 1978. V.43. P.4617-4622.
3. Laatsch H. Einfache und regioselektive Synthese von Naphthohydrochinon-monoalkylethern über 2,3-Dihydro-naphthochinone // Liebigs Ann. Chem. 1980. V.1. P.140-157.
4. Коптюг В.А., Репинская И.Б., Шакиров M.M., Колтунов К.Ю. Моно- и дипротонирова-ние производных 1-нафтола в сильных кислотах // ЖОрХ. 1988. Т.24. С.1907-1916.
5. Kundig E. P., Garcia A. E., Lomberget T. Reduction of 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalene-1,4-dione and Studies of Its [Cr(CO)3] Complex // Angew. Chem. Int. Ed. 2006. V.45. P.98-101.
6. Garcia Ä. E., Kündig E. P., Lomberget T., Bragg R., Poulard C., Bernardinelli G. Tetrahydronaphthalene-1,4-dione and its Chromiumtricarbonyl Complex // Chimia. 2007. V.61. P.169-171
7. Kundig E. P., Garcia A. E. Diastereoselective and enantioselective reduction of tetralin-1,4-dione // Beilstein J. Org. Chem. 2008. V.4. № 37.
8. Murahashi S.I, Fujii A., Inubushu, Y., Komiya N. Synthesis of 2-substituted quinones, vitamin K3, and vitamin K1 from p-cresol. BF3_OEt2-catalyzed methyl migration of 4-tert-butyldioxycyclohexadienones // Tetrahedron Lett. 2010. V.51. P. 2339-2341.
9. Kayashima T., Mori M., Yoshida H., Mizushina Y., Matsubara K. 1,4-Naphthoquinone is a potent inhibitor of human cancer cell growth and angiogenesis // Cancer lett. 2009. V.278. P.34-40.
10. Морозов И.С., Петров В.И., Сергеева С.А. Фармакология адамантанов. Волгоград,
2001.
11. Аверин A.ft, Улановская M.A., Ковалев В.В., Буряк A.K., Орлинсон Б.С., Новаков И.А., Белецкая И.П. Палладий-катализируемое аминирование адамантан-1 и -2-аминами изомерных дигалогенбензолов // ЖОрХ. 2010. №.46. C. 64-72.
12. Kim Y. H., Kim K. S., Lee, H. K. Oxidation of benzylic methylene compounds to ketones with 2-nitrobenzene peroxysulfonyl radical formed from its chloride and superoxide // Tetrahedron Lett. 1989. V.46. P.6357-6360.
13. Barton D., Sas W. The invention of radical reactions. Part XIX. The synthesis of very hindered quinones // Tetrahedron. 1990. V.46. p. 3419-3430.
14. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1969.
C-alkylation of 1,4-dyhydroxynaphthalene with Tertiary Alcohols
Ivan V. Petersona, William A. Sokolenkoa, Nadezhda M. Svirskayaa and Anatoliy I. Rubailob
a Institute of Chemistry and Chemical Technology 42 Karl Marx st., Krasnoyarsk, 660049 Russia, b Siberian Federal University 79 Svobodniy, Krasnoyarsk, 660062 Russia
The interaction of 1,4-dyhydroxynaphthalene with tertiary alcohols in trifluoroacetic acid was investigated. It was shown, that alkylation occurred in position 2 with formation of 2-(tert.alkyl)-2,3-dihydronaphthalene-1,4-diones. Kinetic of keto-enol tautomerization 2-(1-adamantyl)-2,3-dihydronaphthalene-1,4-dione into 2-(1-adamantyl)-1,4-dyhydroxynaphthalene by morpholine action was analyzed using 1H NMR spectroscopy. 2-(1-adamantyl)-1,4-dyhydroxynaphthalene was quickly oxidized into 2-(1-adamantyl)-1,4-naphthoquinone by atmospheric oxygen.
Keywords: Alkylation, keto-enol tautomerization, NMR-spectroscopy, 1,4-dihydroxynapthalene, acid catalisys.
