CC BY
20
ХНМНМЕСКНЕ ИНУКИ
СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ ЭТИЛОВЫХ
ЭФИРОВ 2,6,7-ТРИГИДРОКСИ-4,9-ДИОКСО-2,5,7-ДЕКАТРИЕНОВОЙ И 2-ГИДРОКСИ-2-(3-ГИДРОКСИ-4-МЕТИЛ-2,5-ДИОКСО-3-ЦИКЛОПЕНТЕНИЛИДЕН)УКСУСНОЙ КИСЛОТ
В.О. Козьминых, В.И. Гончаров, Е.Н. Козьминых, С.И. Фирганг
THE SYNTHESIS AND STUDYING STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF ETHYLIC ETHERS 2,6,7-TRIHYDROXY-4,9-DIOXO-2,5,7-DECATRIENOATE AND ETHYL 2-HYDROXY-2-(3-HYDROXY-4-METHYL-2,5-DIOXO-3-CYCLOPENTENYLIDENE)ACETATE
Kozminykh V.O., Goncharov V.I.,
Kozminykh E.N., Firgang S.I.
Ethyl 2,6,7-trihydroxy-4,9-dioxo-2,5,7-decatrie-noate and ethyl 2-hydroxy-2-(3-hydroxy-4-methyl-2,5-dioxo-3-cyclopentenylidene)acetate are synthesized by the Claisen condensation of acetone or methyl ethyl ketone with diethyl oxalate in presence of sodium. The structure peculiarities of prepared compounds based on 1H NMR spectroscopy and mass spectrometry data are discussed.
Конденсацией Клайзена ацетона и метилэ-тилкетона с диэтилоксалатом в присутствии натрия синтезированы этиловые эфиры 2,6,7-тригидрокси-4,9-диоксо-2,5,7-декатриеновой кислоты и 2-гидрокси-2-(3-гидрокси-4-метил-2,5-диоксо-3-циклопентенилиден)уксусной кислоты. Обсуждаются особенности строения полученных соединений на основании данных спектроскопии ЯМР1H и масс-спектрометрии.
УДК 547.341+547.725
Поликетиды, имеющие Р-трикетонное звено, в последнее время привлекают внимание исследователей как реакционноспо-собные синтетические эквиваленты синто-нов, используемые в реакциях гетероцикли-зации (1). До наших исследований немногими доступными соединениями этого класса были известны производные хелидоновой кислоты (2 - 4) и поликетиды на основе кислоты Мельдрума (1). С целью разработки новых подходов к препаративному синтезу Р-трикетонов с различными карбонильными акцепторами нами получены этиловые эфиры 2,6,7-тригидрокси-4,9-диоксо-2,5,7-декатриеновой кислоты (1) и 2-гидрокси-2-(3-гидрокси-4-метил-2,5-диоксо-3-циклопен-тенилиден)уксусной кислоты (2) конденсацией Клайзена ацетона или метилэтилкетона (2-бутанона) с диэтилоксалатом в присутствии натрия (3 - 5) при кипячении смеси в бензоле (схема 1). Отметим, что реакция ал-килметилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии основания очень чувствительна к условиям, которые необходимо строго соблюдать, и приводит к разнообразным продуктам. Так, в результате этой конденсации выделяли восемь соединений различного строения, шесть из которых приведены в недавно опубликованном сообщении (6).
ИК спектр эфира 1 (кристаллы) и
спектр ЯМР 1Н (дейтерохлороформ) однозначно согласуются с установленной структурой. В ИК спектре присутствует интенсивная узкая полоса валентных колебаний карбонила сложноэфирной группы
1728 см-1, широкая слабая по интенсивности полоса валентных колебаний связанных внутримолекулярной водородной связью (ВМВС) гидроксильных групп 3360-3488 см-1, а также очень интенсивная широкая полоса 1572-1638 см -1, соответствующая колебаниям енолизованных карбонильных
групп С(2)-ОН, с(2) -ОН и С(7) -ОН в составе
он-хелатных циклов. В спектре ЯМР 1Н соединения 1 (СБС^) имеются близкие по
химическому сдвигу синглеты дезэкраниро-ванных протонов метиновых групп трёх енольных звеньев при 6,32, 6,35 и 6,37 м.д., а также три уширенных слабопольных сигнала протонов енольных гидроксильных групп при 13,40, 13,52 и 14,63 м.д. Такие спектральные характеристики свидетельствуют о енолизации всех карбонильных групп, кроме сложноэфирной, и их прочной ВМВС связи в трёх он-хелатных кольцах.
В спектре ЯМР 1Н соединения 1, снятом в растворе ДМСО^6 при 22°С, появляются дополнительные сигналы протоносо-держащих групп, что значительно затрудняет расшифровку структуры в биполярной среде. Так, сигналы этильной группы сложного эфира в спектре утраиваются, а ме-тильной группы ацетильного звена попарно удваиваются (более слабопольные сигналы пары значительно меньшей интенсивности), появляются синглеты, по крайней мере, трёх метиновых протонов (эти сигналы также утроены) и два характерных дублета двух взаимодействующих геминальных протонов группы СН2. В спектре ЯМР 1Н соединения 1 (ДМСО^6) также отмечено появление воды. Примечательно, что повышение температуры системы до 50°С и 70°С приводит к уменьшению и исчезновению сигналов хе-
латных метиновых протонов С(3)Н, С(5)Н и
С(8)Н. В итоге нам удалось удовлетворительно объяснить сигналы, соответствующие двум кольчато-цепным таутомерам (1А) и (1В), а также их неенолизованным по Р-дикарбонильным звеньям формам (на схеме для краткости не изображены) и продукту
дегидратации соединения 1 - этиловому эфиру 6-(1-гидрокси-3-оксо- 1-бутенил)-4-оксо-4н-пиран-2-карбоновой кислоты (3) (схема 1).
ИК спектр соединения 2 (кристаллы) достаточно информативен: в спектре имеются две интенсивные узкие полосы валентных колебаний карбонильной группы сложного эфира 1752 см-1 и не связанного водородной связью карбонила циклопентенового кольца 1736 см-1. В ИК спектре также наблюдается интенсивная широкая полоса 3260-3155 см-1, соответствующая валентным колебаниям связанной ВМВС гидроксильной группы и сопряжённого с двойной связью цикла гид-роксила и присутствует самая интенсивная широкая полоса енолизованной карбонильной группы =С-ОН 1630-1655 см-1. Таким образом, в твёрдом состоянии эфир 2 имеет две высокочастотные не связанные водородной связью карбонильные группы и ОН-хелатный цикл со связанным ВМВС карбо-нилом. Эти данные не противоречат наиболее вероятным формам (2А), (2В), (2С) и (2Б) среди семи возможных таутомеров (2А) - (2С). Что касается остальных форм, то в спектре структуры 2Е должны были бы наблюдаться полосы трёх карбонильных групп с частотой не менее 1680 см-1, а в спектрах форм 2Е и 2С - только одного не связанного водородной связью карбонила цикла, но в действительности рисунок спектра иной.
Данные спектроскопии ЯМР 1Н и масс-спектрометрии, к сожалению, не позволяют однозначно установить прототропную форму эфира 2 в растворе среди указанных тау-томеров. Однако формы 2Е, 2Е и 2С гораздо менее вероятны, так как сигналы гидро-ксильных групп в спектре ЯМР 1Н (СБС13)
неравноценны и значительно отдалены друг от друга - на 2,35 м.д., только одна из этих ОН-групп связана ВМВС в хелатный цикл. Из четырёх наиболее вероятных таутомер-ных форм 2А - 2Б две первые представляют собой геометрические изомеры (Х- и е-), две последние - региоизомеры,
H3 С ^^ CH3
Y
O
+
O
и3с^ ^O
O СИ3 Na
O O O
O
(2 : 2 : 3) PhH
И3С
Схема 1
O СИ
O ^O И
O
O СИ3 Na
O
И3С J O
ИO
И3С^ ^O
(1 : 2 : 2) PhH
/ СИ
O3
O /v И
O
И3С
O
И
O
1 A
И3С
O СИ
O
А
O
^И И^ O O O
И3С
O СИ
O
И
O СИ
O
O^ O И
O
1 B
И3Сч 0-И
ИO
O ^^СИ3 2 D
И3С Р O
го
/"""СИ
O3
И3с O И
O и
2 A
И3С\ Р O
O ^^СИ3
2 B
/"""СИ
O3
^ O
И
2 C
И3С OИ
И3С OИ _
3 4 / O
O
/""-ГИ
O3
И3С OИ Л
3 4 ' O
O
/^СИ
O3
O
И
2 E
2 F
2 G
1
2
3
а формы 2С и 2Б очень близки и, возможно, практически не отличимы от соответствующих им прототропных форм 2А и 2В. С целью выяснения возможности уточнения особенностей структуры нами проведено сравнение величин химических сдвигов протонов в спектре ЯМР 1Н соединения 2 с теоретическими значениями 5 (м.д.) таутомер-ных форм 2А - 2С по спектрам, составленным по программе ЛСБ/СЬеш8ке1;сЬ версии 3.00, водородные связи не учитывались (см. таблицу). В результате проведённого сравнения величин химических сдвигов протонов в реальном и расчётных спектрах принять однозначное структурное решение также не удаётся.
По совокупности данных можно сделать предположение о следующем возможном резонасно стабилизированном строении эфира 2: имеются ОН-хелатный цикл, сопряжённый с кольчатым Р-дикарбонильным звеном и частично делокализованная кратная связь. Предельным случаем может быть тетраоксодиеновая структура с двумя коль-чато сочленёнными ОН-хелатными циклами (схема 2), а такое сочетание последних представлено впервые. Степень туннельной миграции протона в хелатных кольцах различная, и это обуславливает появление в спектрах второй (кроме сложноэфирной) карбонильной группы и одного не связанного водородной связью гидроксила.
Таблица
Сравнение химических сдвигов протонов в реальном (*) и виртуальных спектрах ЯМР 1Н соединения 2 (таутомерные формы 2А - 20)
Соединение, формы Спектры ЯМР 1Н, 8, м.д.
3 Н, СН3 в ОЕ1 (триплет) 3 Н, СН3 (синглет) 2 Н, СН2 в ОЕ1 (квадруплет) 1 Н, ОН (уширенный сигнал)
2 * 1,42 1,97 4,42 7,45; 9,80
2А 1,38±0,07 2,08±0,03 4,32±0,08 9,83±1,61
2В 1,38±0,07 1,99±0,08 4,32±0,08 11,81±4,09
2С 0,94±0,15 2,02±0,02 4,02±0,07 8,20±1,92
2Б 0,94±0,15 2,27±0,06 4,02±0,07 10,86±4,08
2Е 1,38±0,07 1,91±0,21 4,32±0,08 10,74±2,85
2Р 1,38±0,07 1,91±0,21 4,32±0,08 10,74±2,85
20 0,94±0,15 2,02±0,02 4,02±0,07 11,98±4,08
Схема 2
H3C
HO
O
H3C
oh
O CH3
O CH3
O O
ч /
H
O O
ч /
H
H3C
O' ir T O CH3 O O
4 /
H
Экспериментальная часть. ИК спектры записаны на спектрофотометре 8ресоМ
М-80 в таблетке КБг. Спектры ЯМР 1Н соединений 1 и 2 записаны на приборе Бгикег БКХ-500 (500,13 МГц) в растворах дейтеро-хлороформа и ДМСО-d6, внутренний стандарт - ТМС. Масс-спектры соединений 1 и 2 сняты на приборе Рт^ап МЛТ ШС08 50 в режиме прямого ввода, ионизирующее напряжение 70 эВ. Индивидуальность соединений подтверждена с помощью метода ТСХ на пластинках 8Иийо1 ИУ-254 в системе бензол - диэтиловый эфир - ацетон 10:9:1, проявляли иодом.
Общая методика получения этиловых эфиров 2,6,7-тригидрокси-4,9-диоксо-2,5,7-декатриеновой кислоты (1) и 2-гидрокси-2-(3-гидрокси-4-метил-2,5-диоксо-3-циклопентенилиден) уксусной кислоты (2). К смеси 1,4 мл (0,02 моля) ацетона или 0,9 мл (0,01 моля) 2-бутанона, 2,8 мл (0,02 моля) диэтилоксалата и 20-30 мл бензола добавляют при перемешивании и охлаждении небольшими кусочками 0,69 г (0,03 моля) или, соответственно, 0,46 г (0,02 моля) натрия, затем кипятят 2,5 - 3 часа. Растворитель упаривают, остаток тщательно растирают с 20-30 мл холодной воды, затем при перемешивании добавляют 10-15 мл 15% соляной кислоты. Через 3 - 5 часов осадок соединений 1 или 2 отфильтровывают, сушат и кристаллизуют из этилацетата.
Этиловый эфир 2,6,7-тригидрокси-4,9-диоксо-2,5,7-декатриеновой кислоты (1). Т. пл. 137-138°C, разл.; лит.: 144°C (моногидрат, т. пл. 119°C) (3), 140-141°C (4),
выход 27%. ИК спектр (v, см-1): 3360-3488 уш. (OH связан.), 3108, 2980 (CH=), 1728 (CO сл. эф.), 1572-1638 уш. (=C-OH хелат.), 1382 (CH= плоск.), 1272, 1184, 1124, 1108, 1092, 1026, 980, 854, 804, 780, 732 (CH= не-плоск.), 556. Спектр ЯМР 1H (CDCl3, 5, м.д.): 1,38 т (3 H, CH3 в OEt), 2,28 с (3 H, CH3), 4,37 кв (2 H, CH2 в OEt), 6,32 с (1 H,
C(3)H), 6,35 с (1 H, C(8)H), 6,37 с (1 H, C(5)H), 13,40 уш. с (1 H, C(2)OH), 13,52 уш. с (1 H, C(6)OH), 14,63 уш. с (1 H, C(7)OH). Спектр ЯМР 1H (ДМСО-а6, 5, м.д.): 1,23 т (3 H, CH3 в OEt), 1,25 т (3 H, CH3 в OEt), 1,32 т (3 H, CH3 в OEt), 2,12 с (3 H, CH3), 2,16 с (3 H, CH3), 2,27 с (3 H, CH3), 2,30 с (3 H, CH3), 2,87 д, 2,93 д (2 H, CH2), 3,30 уш. с (2 H, H2O), 4,21 кв (2 H, CH2 в OEt), 4,26 кв (2 H, CH2 в OEt), 4,37 кв (2 H, CH2 в OEt), 5,50 с (1 H, CH), 5,86 с (1 H, CH), 5,90 с (1 H, CH), 6,03 с (1 H, CH), 6,28 с (1 H, CH), 6,40 с (1 H, CH), 6,42 с (1 H, CH), 6,97 с (1 H, CH), 7,03 с (1 H, CH), 7,62 уш. с (1 H, OH), 7,95 уш. с (1 H, OH), 8,70 уш. с (1 H, OH), 11,65 уш. с (1 H, OH). Масс-спектр, m/z (I, %), приведены
ионы с I > 1%: 270 (9) M ]+, 252 (3) M - H2O ]+, 227 (1) M - CH3CO ]+, 210 (1) M - H2O -CH2CO ]+, 197 (5) M - CO2Et ]+, 186 (7), 185 (16) M - CH3CO - CH2CO ]+, 179 (4), 158 (8),
157 (15) m - ch3co - ch2co - co ]+, 155
(11), 147 (2), 143 (3) M - CH3CO - 2 CH2CO ]+, 139 (3), 137 (3), 129 (2), 127 (3) M -COCH2COCO2Et ]+, 117 (3), 115 (3), 113 (10)
CH3COCH2COCO ]+, 111 (29) (ион цикло-
пентан-1,2,4-триона: C5H3O3), 109 (1), 89
(2), 87 (2), 86 (2), 85 (48) CH3COCH2CO ]+,
84 (17), 71 (2), 69 (37) O°C-CH=C=O ]+, 67 (2), 66 (2), 55 (9), 53 (3), 45 (4), 44 (13), 43 (100) CH3CO ]+, 42 (12). C12H14O7.
Этиловый эфир 2-гидрокси-2-(3-гидрокси-4-метил-2,5-диоксо-3-цикло-пентенилиден) уксусной кислоты (2). Т.
пл. 163-164°С, лит.: 160-162°С (5), выход 43%. ИК спектр (v, см-1): 3260-3155 уш. (OH связан.), 2996 (СИ=), 1752 (CO сл. эф.), 1736 (CO не связан.), 1670, 1630-1655 уш. (=C-OH хелат.), 1442, 1392 (СИ= плоск.), 1374, 1356, 1348, 1232, 1168, 1092, 1022, 894, 804 (СИ= неплоск.), 686, 536. Спектр ЯМР 1И (CDCl3, 5, м.д ): 1,42 т (3 И, СИ3 в OEt), 1,97 с (3 И, СИ3), 4,42 кв (2 И, СИ2 в OEt), 7,45 уш. с (1 И, OH), 9,80 уш. с (1 И, OH). Масс-спектр, m/z (I, %), приведены ионы с I > 5%: 226 (10) M ]+, 198 (8) M - CO ]+, 170 (8) M - 2 CO ]+, 154 (9), 153 (100) M - CO2Et ]+, 152 (10), 126 (8), 125 (10) M - CO2Et - CO ]+, 124 (13) M - CO2Et - CO - И ]+, 107 (14), 101 (8), 97 (8) M - CO2Et - 2 CO ]+, 96 (15) M -CO2Et - 2 CO - И ]+, 83 (49) CH2CO-
CH=C=O ]+, 79 (5), 69 (43) O°C-CH=C=O ]+, 68 (11), 67 (7), 57 (6), 56 (10), 55 (37), 53 (18), 51 (6), 44 (13), 43 (12), 41 (17), 40 (16), 39 (20), 38 (5). C10H10O6.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рубинов Д.Б., Желдакова Т.А., Рубинова И.Л. Синтез 1,6-дизамещённых 2,4-пири-диндионов из 5-ацетоацетил-2,2-диметил-1,3-
диоксан-4,6-диона // Журн. органич. химии. -2004. - Т. 40. - № 9. - С. 1376-1378.
2. Claisen L. Ueber eine Synthese der Chelidon-säure //Ber. - 1891. - Bd 24. - № 1. - S. 111-120.
3. Lehmann E., Grabow W. Synthesis of higher polyketo carboxylic acids of the aliphatic series. I // Ber. - 1935. - Bd 68B. S. 703-707. - Chem. Abstr. -1935. - Vol. 29. - № 12. - 39845.
4. Schmitt V.J. Oxalester-kondensationen 1. Die fortgesetzte Kondensationen des Oxalesters mit Aceton. Die foregesetzte, gemischte kondensation des Oxalesters mit zwei verschidenen Ketonen // Liebigs Ann. Chem. - 1950. - Bd 569. - P. 17-28.
5. Organic Syntheses. An Annual Publication of Satisfactory Methods for the Preparation of Organic Chemicals. - Vol. 47. - New York: J. Wiley & Sons Publ., 1967. - P. 83-87.
6. Козьминых В.О., Козьминых Е.Н. Новые горизонты в изучении реакции Клайзена алкил-метилкетонов с диэтилоксалатом //Материалы VIII региональной научно-технич. конф. «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону». Ес-теств. и точные науки. Технич. и прикладные науки. - Ставрополь: Изд-во СевКавГТУ, 2004. -Том 1. - С. 25.
Об авторах
Козьминых Владислав Олегович, профессор кафедры органической и физической химии Ставропольского государственного университета, доктор химических наук. Сфера научных интересов - синтез, строение и свойства функционализованных алкенов, поликарбонильных систем, кислород- и азотсодержащих гетероциклических соединений, изучение кольчато-цепных таутомерных равновесий в растворах оксо-соединений. Автор 180 научных статей. Гончаров Владимир Ильич, заведующий кафедрой общей и биоорганической химии Ставропольской государственной медицинской академии, доцент, кандидат химических наук. Сфера научных интересов -синтез кислород- и азотсодержащих органических соединений, имеющих важное биологическое значение. Автор 103 научных работ.
Козьминых Елена Николаевна, профессор кафедры химии Пермского государственного педагогического университета, доктор фармацевтических наук. Сфера научных интересов - синтез поликарбонильных и гетероциклических соединений, обладающих биологической активностью. Автор 95 научных статей. Фирганг Сергей Игоревич, научный сотрудник Института органической химии им. Н.Д. Зелинского, г. Москва, кандидат химических наук. Сфера научных интересов - структурный органический анализ поликарбонильных и гетероциклических соединений. Автор 120 научных работ.
