CC BY
9DOI: 10.6060/tcct.20165912.5428
Для цитирования:
Горбунова А.В., Муковоз П.П., Козьминых В.О., Слепухин П.А. Синтез и строение региоизомерных 3(4)-гидрокси-2(5)-оксоилиденпирролинов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2016. Т. 59. Вып. 12. С. 57-62. For citation:
Gorbunova A.V., Mukovoz P.P., Kozminykh V.O., Slepukhin P.A. Synthesis and structure of regioisomeric 3(4)-hydroxy-2(5)-oxoylidenepyrrolines. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 12. P. 57-62.
УДК 547.341+547.725 А.В. Горбунова, П.П. Муковоз, В.О. Козьминых, П.А. Слепухин
Анна Владимировна Горбунова (М)
Кафедра химии, Оренбургский государственный университет, просп. Победы, 13, Оренбург, Российская Федерация, 460018
E-mail: tennag@mail.ru (М), kvoncstu@yahoo.com Петр Петрович Муковоз
Кафедра технологии продуктов питания, Оренбургский филиал Московского технологического института, просп. Победы, 75а, Оренбург, Российская Федерация, 460026 E-mail: mpp27@mail.ru
Владислав Олегович Козьминых
Кафедра химии, Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет, ул. Сибирская, 24, Пермь, Российская Федерация, 614990 E-mail: kvoncstu@yahoo.com
Павел Александрович Слепухин
Группа рентгеноструктурного анализа. Института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН, ул. Софьи Ковалевской, 22, Екатеринбург, Российская Федерация, 620990 E-mail: slepukhin@ios.uran.ru
СИНТЕЗ И СТРОЕНИЕ РЕГИОИЗОМЕРНЫХ 3(4)-ГИДРОКСИ-2(5)-ОКСОИЛИДЕНПИРРОЛИНОВ
Трехкомпонентной реакцией этилового эфира 3,4-дигидрокси-6-оксо-2,4-гепта-диеновой кислоты (3,4,6-трикетоэфира) с ацетоном и п-толуидином получены регио-изомерные этиловые эфиры 4-гидрокси-2,2-диметил-1-(4-метилфенил)-5-(2-оксопропи-лиден)-2,5-дигидро-1Н-пиррол-3-карбоновой кислоты и [4-ацетил-3-гидрокси-5,5-диме-тил-1-(4-метилфенил)-1,5-дигидро-2Н-пиррол-2-илиден]уксусной кислоты. Обсуждается строение синтезированных соединений в кристаллическом состоянии по данным рент-геноструктурного анализа.
Ключевые слова: этиловый эфир 4-гидрокси-2,2-диметил-1-(4-метилфенил)-5-(2-оксопропи-лиден)-2,5-дишдро-Щ-пиррол-3-карбоновой кислоты, этиловый эфир [4-ацетил-3-гидрокси-5,5-диме-тил-1-(4-метилфенил)-1,5-дигидро-2H-пиррол-2-илиден]уксусной кислоты, трёхкомпонентный синтез, структура
UDC 547.341+547.725 A.V. Gorbunova, P.P. Mukovoz, V.O. Kozminykh, P.A. Slepukhin
Anna V. Gorbunova (M)
Department of Chemistry, Orenburg State University, Pobedy ave., 13, Orenburg, 460018, Russia E-mail: tennag@mail.ru (M), kvoncstu@yahoo.com
Pyotr P. Mukovoz
Department of Technology of Food Products, Orenburg Branch of Moscow Technological Institute, Pobedy ave., 75a, Orenburg, 460026, Russia E-mail: mpp27@mail.ru
Vladislav O. Kozminykh
Department of chemistry, Perm State Humanistic Pedagogical University, Sibirskaya Str., 24, Perm, Russia, 614990
E-mail: kvoncstu@yahoo.com Pavel A. Slepukhin
Group of X-ray Analysis. I.Ya. Postovsky Institute of Organic Synthesis of Ural Branch of RAS, S. Kovalev-sky st., 22, Yekaterinburg, 620990, Russia E-mail: slepukhin@ios.uran.ru
SYNTHESIS AND STRUCTURE OF REGIOISOMERIC 3(4)-HYDROXY-2(5)-
OXOYLIDENEPYRROLINES
Three-component reaction of ethyl 3,4-dihydroxy-6-oxo-2,4-heptadienoic acid (3,4,6-trioxo ester) with acetone and p-toluidine leads to new regioisomeric compounds - ethyl 4-hydroxy-2,2-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-5-(2-oxopropylidene)-2,5-dihydro-1H-pyrrole-3-carbo-xylate and [4-acetyl-3-hydroxy-5,5-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-1,5-dihydro-2H-pyrrol-2-ylidene]acetate. The structure of synthesized compounds in the crystalline state was set on the basis of X-ray diffraction data. The structure of synthesized compounds in solution is based on 1H NMR spectroscopy and mass spectral data, confirmed at high resolution by recording in elec-trospray mode. The obtained compounds are light yellow crystalline substances, insoluble in water and soluble in some non-polar (benzene) and semi-polar (acetone, chloroform) organic solvents. The X-ray crystal state in the synthesized compound represent flat isomeric systems, formed by pyrroline cycle and associated seven-membered OH-chelate fragment, the conformation of which is stabilized by intramolecular hydrogen bond. In contrast to structurally related 2-(3-hydroxy-1-(4-methylphenyl)-4-phenylcarbonyl-5-phenyl-1H-pyrrol-2-yl)-1-phenyl-ethanone, which molecule forms the six-membered -OH...O=C-chelating moiety, the synthesized regioisomeric OH-chelate seven membered structure is formed with participation of acyl group and hydroxy unit of pyrroline cycle. The alignment of interatomic distances in the chelate fragment of ethyl (5E)-4-hydroxy-2,2-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-5-(2-oxopropylidene)-2,5-dihydro-1H-pyrrole-3-carboxylic acid is more pronounced than in the OH-chelate of ethyl (2E)-[4-acetyl-3-hydroxy-5,5-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-1,5-dihydro-2H-pyrrol-2-iliden]acetate, as it is evidenced by the corresponding length of the nominal double and ordinary bonds of the synthesized structures. The expressed delocalization of hydroxyl proton in OH-chelate of ethyl (5E)-4-hydroxy-2,2-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-5-(2-oxopropylidene)-2,5-dihydro-1H-pyrrole-3-carboxylate is associated with a significantly greater tendency of acyl group to enolisation, compared with the ester group in ethyl (2E) - [4-acetyl-3-hydroxy-5,5-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-1,5-dihydro-2H-pyrrol-2-ylidene]acetate. The conjugation system in the molecules of regioisomeric structures tends to equalize of the bond lengths in pyrroline cycles, which are stronger in the molecule of ethyl (5E)-4-hydroxy-2,2-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-5-(2-oxopro-pylidene)-2,5-dihydro-1H-pyrrole-3-carboxylate. The ethyl (5E)-4-hydroxy-2,2-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-5-(2-oxopropyliden)-2,5-
dihydro-1H-pyrrole-3-carboxylate has the redistribution of the electron density of multiple bonds in chelate and pyrrolinone cycles which are more pronounced than in ethyl (2E)-[4-acetyl-3-hydroxy-5,5-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-1,5-dihydro-2H-pyrrol-2-ylidene]acetate, but full delo-calization like in aromatic systems is absent. In crystal of ethyl (5E)-4-hydroxy-2,2-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-5-(2-oksopropylidene)-2,5-dihydro-1H-pyrrole-3-carboxylate molecules are located in a private position to the center of the inversion of the crystal. Crystal of ethyl (2E)-[4-acetyl-3-hydroxy-5,5-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-1,5-dihydro-2H-pyrrol-2-ylidene]acetate is formed by three crystallographically independent mole-cules of close geometry which crystallize in the cen-trosymmetric space group.
Key words: ethyl 4-hydroxy-2,2-dimethyl-1 -(4-methylphenyl)-5 -(2-oxopropylidene)-2,5-dihydro-1H-pyrrole-3-carboxylate, ethyl [4-acetyl-3-hydroxy-5,5-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-1,5-dihydro-2H-pyrrol-2-yliden]acetate, three-component synthesis, structure
Известно, что реакции 1,3,4,6-тетракарбо-нильных систем (ТКС) с ароматическими аминами и кетонами или альдегидами (синтетическими предшественниками азометинов - оснований Шиффа) приводят к разнообразным практически значимым производным пиррола [1-4]. Строение продуктов этих реакций в растворах хорошо согласуется с данными ЯМР :Н спектроскопии, однако в твердом состоянии особенности структуры недостаточно исследованы. Так, кристаллическое строение продуктов взаимодействия эфиров 3,4,6-триоксоалкановых (3,4-дигидрокси-6-оксо-2,4-ал-кадиеновых) кислот со смесью аминов и кетонов по данным рентгеноструктурного анализа (РСА) установлено только на примере двух изомерных 3(4) -гидроксипирролинов [5].
Нами изучена реакция этилового эфира 3,4,6-триоксогептановой кислоты (IÄ: преобладающий диенольный таутомер и его минорная форма Ш) с и-толуидином и ацетоном, в результате которой образуются два продукта. На основании данных РСА по относительному расположению ацетильной группы и сложноэфирного звена этим продуктам было придано строение региоизомер-ных этиловых эфиров (5£)-4-гидрокси-2,2-диме-тил-1 -(4-метилфенил)-5 -(2-оксопропилиден)-2,5 -ди-гидро-1#-пиррол-3-карбоновой кислоты (II) и (2£)-[4-ацетил-3 -гидрокси-5,5-диметил-1 -(4-метил-фенил)-1,5-дигидро-2#-пиррол-2-илиден]уксусной кислоты (III) (схема 1).
Пирролины (II) и (III) представляют собой светло-желтые кристаллические вещества, не растворимые в воде и хорошо растворимые в бензоле и толуоле. Строение соединений (II), (III) в растворах было установлено на основании данных ЯМР 1H спектроскопии и масс-спектрометрии [5], подробные детали твердофазной структуры до настоящего исследования оставались не известны.
Scheme
По данным РСА (рис. 1, 2) соединения (II), (III) представлены плоскими (в пределах 0,08 Ä) изомерными системами, образованными пирроли-новым циклом и сопряженным с ним -ОН...О=С-хелатным фрагментом, конформация которого закреплена наличием ВВС -ОН. О=С-типа. Се-мичленный ОН-хелат образован ацильными звеньями и гидроксилом пирролинового цикла соединений (II), (III) при участии 1,4-дикарбониль-ного фрагмента исходного трикетоэфира. Следует отметить, что структурно родственные системы, например 2-(3 -гидрокси-1-(4 -метилфе -нил) -4-фе -нилкарбонил-5 -фенил- 1#-пиррол-2-ил) -1 -фенил-этанон [2], в отличии от пирролинов (II) и (III), могут образовывать также шестичленные -ОН. О=С-хелатные фрагменты, сформированные при участии 1,3-дикарбонильной компоненты исходного ТКС (I) [2, 3].
Позиции протонов ОН-групп в соединении (II) и (III) выявлены и уточнены независимо. Полученные данные хорошо согласуются с наблюдаемой геометрией молекул. Большая делокализа-
ция протона в соединении (II) связана с большей склонностью к енолизации ацильной группы по сравнению со сложноэфирной. Выравнивание межатомных расстояний в хелатном фрагменте соединения (II) более выражено, чем в хелате соединения (III), о чем свидетельствуют длины условно двойных и условно одинарных связей соединений (II) и (III): С=0, С=С, C=C-C=O, С=С-С-OH, C-O-H (таблица).
Таблица
Избранные длины связей в соединениях (II) и (III). Нумерация атомов независимых молекул соединения (III) несёт дополнительные буквенные индексы (A, B и C)
Table. Selected lengths of bonds in the compounds (II) and (III). Numbering of atoms of independent molecules of compound (III) bears the additional alphabetic codes (A, B and C)
Связь (Â) Соединение
II III
Молекула A Молекула B Молекула C
C=O 1,269 1,226 1,226 1,223
C=C-C=O 1,407 1,475 1,472 1,472
C-O-H 1,319 1,331 1,327 1,333
N(1)-C(2) 1,314 1,350 1,355 1,354
N(1)-C(5) 1,492 1,489 1,491 1,491
C(2)-C(3) 1,489 1,488 1,486 1,488
C(4)-C(5) 1,511 1,514 1,514 1,518
C(3)=C(4) 1,354 1,358 1,354 1,354
Наличие системы сопряжения в молекулах соединений (II), (III) приводит также к выравниванию длин связей пирролиновых циклов, которое оказывается более сильным в молекуле соединения (II). Об этом свидетельствуют длины связей соединений (II) и (III): N(1)^(2), N(1)^(5), ОД-ОД, ОД-ОД, ОД=ОД (таблица). Очевидно, что в структуре (II) перераспределение электронной плотности кратных связей хелатного и пирро-линового циклов выражена в большей степени, чем в структуре (III), однако полная делокализа-ция, как в ароматических системах, отсутствует. Стерические требования приводят к развороту плоскостей и-толильных заместителей в молекулах соединений (II), (III) относительно плоскости пирролинового цикла под углами 72° и 85° соответственно и исключению их из системы сопряжения гетероцикла. Укороченные межмолекулярные контакты в упаковке соединения (II) отсутствуют. Атомы кислорода этоксигруппы сложно-эфирного фрагмента пирролина (III) образуют укороченные внутримолекулярные контакты с
кислородом гидроксильнои группы на расстояние 2,7 Ä, сопоставимое с межатомным при образовании водородных связеИ.
В кристалле соединения (II) молекулы расположены в частноИ позиции к центру инверсии кристалла, кристалл соединения (III) (рис. 2) сформирован тремя кристаллографически независимыми молекулами близкой геометрии, кристаллизующимися в центросимметричной пространственной группе.
Рис. 1. Молекулярное строение соединения (II) в представлении атомов эллипсоидами тепловых колебаний с 50 % вероятностью
Fig. 1. The molecular structure of compound (II) in the representation of atoms by thermal vibrations ellipsoids with 50 % probability
Рис. 2. Молекулярное строение одной из молекул соединения (III) в представлении атомов эллипсоидами тепловых колебаний с 50 % вероятностью Fig. 2. The molecular structure of one of the molecules of the compound (III) in the representation of atoms by thermal vibrations ellipsoids with 50 % probability
Представленные рентгеноструктурные данные по пирролинам (II) и (III) свидетельствуют о региоизомерном строении эфиров [4-алканоил-3-
гидрокси-5,5-диметил-1 -(4-метилфенил)-1,5-ди-гидро-2#-пиррол-2-илиден]уксусной и 4-гидрок-си-2,2-диметил-1-(4-метилфенил)-5-(2-оксоалки-лиден)-2,5-дигидро-1#-пиррол-3-карбоновых кислот - продуктов взаимодействия этилового эфира 3,4,6-триоксогептановой кислоты с и-толуидином и ацетоном.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Рентгеноструктурное исследование проведено при 150(2) К на автоматическом 4-кружном дифрактометре с CCD-детектором «ХсаПЬиг 3» по стандартной процедуре методом ю-сканирования с шагом 1° на монохроматизированном МоКа-излучении. Введена эмпирическая поправка на поглощение. Структура определена прямым статистическим методом и уточнена полноматричным МНК по F2 в анизотропном приближении для всех неводородных атомов. Атомы водорода (за исключением протона гидроксила) помещены в геометрически рассчитанные положения и уточнены в изотропном приближении. Все расчеты проведены в программной оболочке 01ех [6] с использованием программного пакета SHELX [7]. Основные кристаллографические параметры соединения (II): кристалл моноклинный, пр.гр. Р 21/п, а = 10,1352(3) А, Ь = 9,5334(3) А, с = 17,9944(5) А, в = 102,591(3)°, ц = 0,090 мм-1. На углах 2,32 < 0 < <30,75° собрано 8700 отражений, из них независимых 4647 (^ = 0,0239), в том числе 3490 с 1>2о(1). Окончательные параметры уточнения: Ш = 0,0683, wR2 = 0,1424 (по всем отражениям), Ш = 0,0459, wR2 = 0,1262 (по отражениям с 1>2о(1)) при факторе добротности GooF = 1,005. Пики остаточной электронной плотности 0,307/0,254 еА-3. Основные кристаллографические па-
ЛИТЕРАТУРА
1. Муковоз П.П., Козьминых В.О., Андреева В.А., Ельцов О.С., Слепухин П.А., Козьминых Е.Н. Способ получения и строение эфиров (5Е)-5-(2-алкокси-2-оксо-этилиден)-4-гидрокси-2,2-диметил-1-(4-метилфенил)-2,5-дигидро-1 Н- пиррол-3-карбоновых кислот. Журн. орг. химии. 2015. Т. 51. № 6. С. 877-879.
2. Муковоз П.П., Горбунова А.В., Козьминых В.О., Слепухин П.А. Синтез и строение (1Е)-1-(4-ацетил-3-гидрокси-1-(4-метилфенил)-5-фенил-1,5-дигидро-2Н-пиррол-2-илиден)пропан-2-она. Сб. тр. Междунар. науч.-практич. конф. в 3-х ч. «Современное научное знание: теория, методология, практика». Смоленск. 2016. С. 69-71.
3. Козьминых В. О., Муковоз П.П. Новые представления о взаимодействии 1,3,4,6-тетракарбонильный систем с азометинами, краткий обзор реакций с аминами и азина-ми. Приволж. науч. вестн. 2015. Т. 45. № 5-1. С. 33-43.
раметры соединения (III): кристалл триклинный, пр.гр. P-1, a = 9,7550(5) A, b = 10,0112(5) А, c = 26,9287(12) А, а = 84,448(4)°, в = 88,192(4)°, Y = 89,959(4)°, ц = 0,088 мм-1. На углах 2,09 < 0 < <30,83° собрано 24581 отражений, из них независимых 14207 (Rnt = 0,0342), в том числе 10117 с I > 2o(I). Окончательные параметры уточнения: R1 = 0,0880, wR2 = 0,1728 (по всем отражениям), R1 = 0,0583, wR2 = 0,1481 (по отражениям с I > 2o(I)) при факторе добротности GooF = 1,020. Пики остаточной электронной плотности 0,289/-0,259 еА-3. Полный набор рентгеноструктурных данных соединений (II, III) депонирован в Кембриджском банке структурных данных (депонент CCDC 1055339, депонент CCDC 1055340). Индивидуальность полученных веществ подтверждена методом ТСХ на пластинках Sorbfil UV-254 в системе гек-сан - ацетон 5:2. Исходное соединение (I) получено по методике, опубликованной в статье [8].
Синтез этилового эфира (5E)-4-гидрокси-2,2-диметил-1-(4-метилфенил)-5-(2-оксопропили-ден)-2,5-дигидро-Ш-пиррол-3-карбоновой кислоты (II) и этилового эфира (2E)-[4-ацетил-3-гидрокси-5,5-диметил-1-(4-метилфенил)-1,5-дигид-ро-2H-nиррол-2-илиден]уксусной кислоты (III). К смеси 2,00 г (10 ммоль) соединения (I) и 1,07 г (10 ммоль) п-толуидина добавляли 25 мл ацетона и перемешивали 12 ч на магнитной мешалке. Растворитель выпаривали, сухой остаток экстрагировали 10-15 раз 2 мл гексана или петролейного эфира, экстракты объединяли, растворитель выпаривали, кристаллизовали из ацетона, получали соединение (III). Выход 0,20 г (12%), Т.пл. 142144 °С. Остаток после извлечения соединения (III) кристаллизовали из ацетона, получали соединение (II). Выход 0,23 г (14%), Т.пл. 150-152 °С.
REFERENCES
1. Mukovoz P.P., Koz'minykh V.O., Koz'minykh E.N., Andreeva V.A., El'tsov O.S., Slepukhin P.A. Method of synthesis and structure of (5E)-5-(2-alkoxy-2-oxoethyli-dene)-4-hudroxy-2,2-dimethyl-1-(4-methylphenyl)-2,5-dihydro-1 H-pyrrole-3-csrboxylates. Rus. J. Org. Chem. 2015. V. 51. N 6. P. 860-863. DOI: 10.1134/ S107042801506007X.
2. Mukovoz P.P., Gorbunova A.V., Koz'minykh V.O., Slepukhin P.A. Synthesis and structure of (1E)-1-(4-acetyl-3-hydroxy-1-(4-methylphenyl)-5-phenyl-1,5-dihydro-2H-pyrrole-2-ilydene)propan-2-on. Proceedings of Int. Sci.-Pract. Conf. "Modern scientific knowledge, methodology, practics". Smolensk. 2016. P. 69-71 (in Russian).
3. Koz'minykh V.O., Mukovoz P.P. New point of view towards the reaction of 1,3,4,6-tetracarbonyl systems with azo-methines, brief review of amine and azine reactions. Privolzh. nauch. vestn. 2015. V. 45. N 5-1. P. 33-43 (in Russian).
4. Козьминых В.О., Муковоз П.П. Трёхкомпонентные реакции 1,3,4,6-тетракарбонильных соединений с ари-ламинами и кетонами или ароматическими альдегидами. Естеств. и математ. науки в совр. мире. 2015. № 36-37. С. 178-187.
5. Муковоз П. П., Слепухин П.А., Козьминых В.О., Андреева В.А., Ельцов О.С., Ганебных И.Н., Козьминых Е.Н. Особенности реакции эфиров 3,4-дигидрокси-6-оксо-2,4-алкадиеновых кислот с ацетоном и n-толуидином. Журн. общ. химии. 2015. Т. 85. № 12. С. 1983-1988.
6. Hesse M., Meier H., Zeeh B. Spectroscopic Methods in Organic Chemistry. 2nd Edition. Stuttgart: Thieme. 2008. P. 453.
7. Sheldrick G.M. A Short history of SHELX. J. Acta Cryst. 2008. V. 64. N 1. P. 112-122.
8. Муковоз П.П., Тарасова В.А., Козьминых В.О. Синтез и особенности строения метиловых эфиров 3,4,6-триоксоалкановых кислот. Журн. орг. химии. 2014. Т. 50. Вып. 11. С. 1698-1700.
4. Koz'minykh V.O., Mukovoz P.P. Three component reactions of 1,3,4,6-tetracarbonyl compounds with arylamines and ketones or aromatic aldehydes. Estestv. i matemat. nauki v sovr. mire. 2015. N 36-37. P. 178-187 (in Russian).
5. Mukovoz P.P., Slepukhin P.A., Koz'minykh V.O., Andreeva V.A., El'tsov O.S., Ganebnykh I. N., Koz'minykh E.N. Features of the reaction of 3,4- dihy-droxy-6-oxo-2,4-alkadienoic acid esters with acetone and p-toluidine. Rus. J. Gen. Chem. 2015. V. 85. N 12. P. 2715-2720. DOI: 10.1134/S1070363215120087.
6. Hesse M., Meier H., Zeeh B. Spectroscopic Methods in Organic Chemistry. 2nd Edition. Stuttgart: Thieme. 2008. P. 453.
7. Sheldrick G.M. A Short history of SHELX. J. Acta Cryst. 2008. V. 64. N 1. P. 112-122. DOI: 10.1107/S0108767307043930.
8. Mukovoz P.P., Tarasova V.A., Kozminykh V.O.
Synthesis and structural features of 3,4,6-trioxoalkanoic acids methyl esters. Rus. J. Org. Chem. 2014 V. 50. N 11. P. 1687-1689. DOI: 10.1134/S1070428014110244.
Поступила в редакцию 30.06.2016 Принята к опубликованию 15.11.2016
Received 30.06.2016 Accepted 15.11.2016
