CC BY
17_ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ_
Т 56 (1) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013
УДК 547.341+547.725 О.Г. Карманова, В.О. Козьминых, П.П. Муковоз, Е.Н. Козьминых
СИНТЕЗ И СТРУКТУРНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ 1,6-ДИАЛКИЛ-3,4-ДИГИДРОКСИ-2,4-
ГЕКСАДИЕН-1,6-ДИОНОВ
(Пермский государственный педагогический университет) e-mail: o_karmanova@mail.ru, kvonsctu@yahoo.com
Конденсацией алкилметилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии метилата натрия получены 1,6-диалкил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионы. С помощью спектральных методов выявлены семь таутомерных форм, обсуждаются кольчато-цепные и кольчато-кольчатые интерконверсии в растворах синтезированных соединений.
Ключевые слова: алкилметилкетоны, оксалильная конденсация, 1,6-диалкил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионы, таутомерные формы
Известно, что сложноэфирная конденсация Клайзена арилметилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии оснований приводит к образованию 1,6-диарилпроизводных 1,3,4,6-тетраоксогексанов [1-4]. Среди 1,3,4,6-тетракарбонильных систем (ТКС) до наших исследований наименее изученными оставались 1,6-диалкилпроизводные, особенности строения которых ранее не были известны. Литературные сведения о 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанах ограничиваются краткими данными по синтезу соединений, имеющих в своем составе одинаковые алкильные заместители [3].
С целью получения и исследования деталей строения алкилпроизводных ТКС нами проведена реакция алкилметилкетонов с диэтилоксала-том и метилатом натрия при соотношении реагентов 2:1:2 с последующим подкислением реакционной смеси, в результате чего с удовлетворительными выходами получены 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексаны 1а^ (схема, табл. 1). С помощью спектральных методов у соединений 1а-d обнаружено несколько таутомерных форм (А-Р: (схема, табл. 2, 3).
O
R^ Me ЕЮ Jl
т + T^OEt + п
о о о
MeONa
2
HCl - EtOH -NaCl
OO
2
O O 1 a-d
A
II
^h
OO
R2(R1 YV^^rW ^
s J O
1 7^„^CHCOR R1(R2) ^
2(1)
O
E
B
C1
1 2 (R =C2H5, R =C3H7)
1_ 2_
(R —C3H7, R —C2H5)
R1(R2)'
R1=R2=CH3 (1a); R1=R2=C2H5 (1b); R1=R2=C3H7 (1c); R1=C2H5, R2=C3H7 (1d)
Схема. Синтез и таутомерия 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанов 1a-d Scheme. Synthesis and tautomeric equilibria of 1,6-dialkyl-1,3,4,6-tetraoxohexanes 1a-d
1
R
1,6-Диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексаны в твердом состоянии и неполярных растворах (например, хлороформе) находятся полностью (твердая фаза) или преимущественно (раствор) в линейной диоксодиенольной форме В. Это хорошо согласуется с имеющимися литературными данными по 1,6-диарилпроизводным 1,3,4,6-тетракетонов [1, 2]. Так, в ИК спектрах кристаллов соединений 1 широкая полоса карбонильных групп, связанных в два сопряженных ОН-хелатных кольца, наблюдается в низкочастотной области - не более 1600 см-1. Характеристическим маркерным сигналом в спектрах ЯМР 1Н соединений 1а^, снятых в дейтерохлороформе, является синглет метинового протона С(2,5)Н преобладающей формы B, находящийся в узком интервале значений химических сдвигов - 6,33-6,34 м.д. (табл. 3).
В полярных растворах (ацетоне, диметил-сульфоксиде - ДМСО) у соединений 1а^, судя по данным спектроскопии ЯМР 1Н, присутствует или количественно преобладает (ДМСО) кольчатая
оксофурановая форма С, находящаяся в подвижном кольчато-цепном таутомерном равновесии с линейной формой В. В случае 1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанов с различающимися алкильны-ми заместителями (соединение 1d) в растворе ДМСО-а6 имеются обе возможные кольчатые формы С1 и С2 (схема, табл. 2).
Таблица 1
Характеристики 1,6-диалкил-3,4-дигидрокси-2,4-
гексадиен-1,6-дионов 1a-d Table 1. Characteristics of 1,6-dialkyl-3,4-dihydroxo-2,4-hexadiene-1,6-diones 1a-d
Соединение Заместители Т. пл., °C Выход, % Брутто-формула (мол. масса)
R1 R2
1a CH3 CH3 118-120 (лит.: 122-123 [3]) 34 C8H10O4 (170,16)
1b C2H5 C2H5 76-78 (лит.: 75-76 [3]) 33 C10H14O4 (198,22)
1c C3H7 C3H7 58-60 43 C12H18O4 (226,27)
1d C2H5 C3H7 103-105 37 C11H16O4 (212,24)
Характеристики спектров ЯМР 1Н (б, м.д., ТМС) соединений 1 a-d
Таблица 2
Соединение/ форма Растворитель Отн. содержание форм, % Alk (В и С) В С
СН3, с СН3, т (J, Гц) СН2, кв (J, Гц) СН2, т (J, Гц) СН2, м С(2,5)Н, с С(3,4) ОН, уш.с. СН2, два д (J, Гц) C(4)H, с С(2) ОН, с
1а (В) CDCl3 100 2,27 - - - - 6,34 - - - -
1а (В) ДМСО-dj 15 1 2,19 - - - - 6,44 14,63 - - -
1а (С) ДМСО-^6 83 1 2,17 2 2,21 3 - - - - - - 2,93 (15,9) 5,52 7,84
1b (В) CDCl3 98 4 - 1,12 (7,8) 2,52 (7,8) - - 6,33 - - - -
1b (В) ДМСО-^ 17 5 - 1,10 (7,8) 2,64 (7,8) - - 6,43 14,58 - - -
1b (С) ДМСО-^ 80 5 - 0,91 6 (7,8) 1,13 7 (7,8) 2.50 8 (7,8) 2.51 9 (7,8) - - - - 2,93 (15,3) 5,52 7,80
1c (В) CDCl3 96 10 - 0,96 (7,8) 2,46 (7,8) 1,68 6,33 - - - -
1c (В) (CD3)2CO 95 11 - 0,98 (7,5) - 2,59 (7,5) 1,70 6,42 - - - -
1c (В) дмсо-^ 18 12 - 0,94 (7,8) - 2,432,59 13 1,65 6,43 14,70 - -
1c (С) (CD3)2CO 3,5 14 - 0,91 15 (7,5) - 2,48 15 (7,5) 1,56 15 - - 2,97 (15,9) 5,41 -
1c (С) ДМСО-d^ 80 12 - 0,85 16 (7,8) 0,96 17 (7,8) - 2,432,59 18 1,46 19 1,64 20 - - 2,94 (15,6) 5,53 7,79
1d (В) CDCl3 96,5 21 - 0,96 22 (7,8) 1,16 23 (7,8) 2,52 (7,8) 2,46 (7,8) 1,68 6,33 - - - -
1d (В) ДМСО-^ 14,5 24 - 1,10 (7,8) - - 1,56 6,43 14,59 - - -
1d (С1+С2) ДМСО-^б 45(С1), 39 (С2) 24 - 0,830,99; 1,10; 1,16 25 2,432,60 25 2,432,60 25 1,46 26 1,61 27 - - 2,93 (15,0) 5,52 7,79
(по 0,5%); 2сигнал СН3-С(5); 3сигнал СН3-СО; 4содержание минорной формы D составляет 2%; 5общее содержание форм В и С составляет 97%, а 3% приходится на минорные таутомеры А и E; 6сигнал СН3 в С2Н5-СО; 7сигнал СН3 в СН3СН2-С(5); 8сигнал СН2 в СН3СН2-СО; 9сигнал СН2 в СН3СН2-С(5); 10содержание формы F составляет 3%, минорной формы А - 1% ; "общее содержание форм В и С составляет 98,5%, 1,5% приходится на минорный таутомер А; 12суммарное содержание форм В и С составляет 98%, количество минорной формы D 2%; 13 неразрешенные сигналы группы СН2; 14общее содержание форм В и С составляет 98,5%, 1,5% приходится на минорный таутомер D; 15возможное удвоение очень слабых сигналов магнитно неэквивалентных протонов двух пропильных групп не отмечено; 16сигнал СН3 в СН3СН2СН2-С(5); 17сигнал СН3 в СН3СН2СН2-СО; 18неразрешенные сигналы группы СН2; 19сигнал СН2 в СН3СН2СН2-СО; 20сигнал СН2 в СН3СН2СН2-С(5); 21содержание формы А составляет 2%, формы F - 1%, формы Е - 0,5%; 22сигнал СН3 в СН3СН2СН2-СО; 23сигнал СН3 в СН3СН2-СО; 24суммарное содержание форм В, С1 и С2 составляет 98,5%, содержание минорной формы D составляет 1,5%; 25неразрешенные сигналы групп СН3 и СН2; 26содержание формы С2 составляет 39%; 27содержание формы С1 составляет 45% Note: 1 Total quantity of forms В and С is equal to 98%, 2% belongs to minor tautomers А (near 1%), D and E (both 0,5%); 2 Signal СН3-С(5); 3 Signal of СН3-СО; 4 Quantity of minor form D is equal to 2%; 5 Total quantity of В and С is equal to 97%, 3% belongs to minor tautomers А and E; 6 Signal of СН3 in С2Н5-СО; 7. Signal of СН3 in СН3СН2-С(5); 8 Signal of СН2 in СН3СН2-СО; 9 Signal of СН2 in СН3СН2-С(5); 1(0 Quantity of form F is 3%, minor forms А - 1% ; 11 Summary substance forms В and С compose 98,5%, 1,5% compose for minor tautomer А; 12' Total substance forms В и С substance forms 98%, quantity of minor form D is 2%; 13' Unresolved signals of СН2 group; 14 tTotal quantity of forms В and С is 98,5%, 1,5% is equal to minor tautomer D; 15' Possible duplication due to very weak signals of magnetically non equivalent protons of two propyl groups is unvisible; 16. Signal СН3 in СН3СН2СН2-С(5); 17 Signal СН3 in СН3СН2СН2-СО; 18. Unresolved signals of СН2 group; 19. Signal of СН2 group in СН3СН2СН2-СО; 2°. Signal of СН2 in СН3СН2СН2-С(5);21. Quantity of form А is 2%, form F is 1%, form Е is 0,5%; 21 Signal of СН3 in СН3СН2СН2-СО; 23. Signal of СН3 in СН3СН2-СО; 24 Total quantity forms В, С1 и С2 is 98,5%, quantity of minor form D is 1,5%; 25. Unresolved signals of СН3 and СН2 groups; 26. Quantity of form С2 is 39%; 27. Quantity of form С1 is 45%
Таблица 3
Сигналы маркерных протоносодержащих групп в спектрах ЯМР ^Н (б, м.д., ТМС) соединений 1a-d
Соеди- Раст- Химический сдвиг, 5, м.д. ТМС (формы)
нения (формы) воритель СН2, c С(2,5)Н, c СН2, два д С(4)Н, с СН2, с С(2)Н, с СН2, два д СН- СОR1(2) С(4)Н, с СН- СОR1(2)
(А) (В) (С) (С) (D) (D) (Е) (Е) (F) (F)
1a-d CDCl3 3,90
(A) ДМСО-dg 4,02
1a-d CDCl3 6,33-6,34
(B, D) ДМСО-4 6,43-6,44 4,024,07 6,286,30
1a-d (A, C) ДМСО-4 2,932,94 5,525,53
(CD3)2CO 4,01 2,97 5,41
1a, b, d (E) CDCl3 3,74 5,38
ДМСО-4 3,944,05 5,21-5,22
1c, d (F) CDCl3 5,175,18 6,226,24
Кольчато-кольчатая интерконверсия между формами С1 и С2 осуществляется через линейную форму В (С1^В^С2). Присутствие этой интерконверсии не противоречит известным литературным данным [5, 6]. Таким образом, соединения 1а^ представлены двумя резко отличающимися
друг от друга классами структур - линейной В и кольчатой С.
Кроме преобладающих форм В и С в спектрах ЯМР Н тетракетонов 1а^ также обнаружены минорные таутомерные формы А, Б, Е, Е в количестве не более 3% (форма Е найдена только
в дейтерохлороформе). Из них оксофурановая форма Е обнаружена нами впервые (табл. 3).
Сигналы одноименных протоносодержа-щих групп (парных этильных, пропильных, мети-новых, метиленовых) в спектре ЯМР 1Н соединения Ы, записанного в ДМСО-«6 (два региоизоме-ра С1 и С2), являются магнитно эквивалентными и не отличаются по химическому сдвигу. Этот факт является неожиданным, но сравнительно незначительные отличия в значениях индуктивных эффектов этильной (+1, 6,30) и пропильной (+1, 6,68) групп позволяют судить об отсутствии существенного влияния на положение основных маркерных протонов в структурах С1 и С2 (табл. 2, 3).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ИК спектры тетракетонов 1 записаны на спектрофотометре "Инфралюм ФТ-02" в пасте твердого вещества в вазелиновом масле. Спектры ЯМР 1Н соединений 1 получены на приборе "МБЯСШУр1ш-300" (300,05 МГц) в ДМСО-а^ и
СDQз, внутренний стандарт - ТМС. Протекание реакций контролируют, а индивидуальность полученных веществ подтверждают методом ТСХ на пластинках Silufol иУ-254 в системе гексан-ацетон, 3:1, хроматограммы проявляют парами иода. Константы и выходы соединений приведены в таблице 1, а спектральные характеристики - в таблицах 2 и 3. Исходные реактивы перед использованием очищают перегонкой.
Синтез 1,6-дизамещенных 3,4-дигидро-кси-2,4-гексадиен-1,6-дионов (1a-d). Общая методика. К 100 мл метанола, предварительно перегнанного над натрием, добавляют порциями 1,15 г (50 ммоль) натрия, метанол отгоняют, к сухому метилату натрия добавляют 150 мл абсолютного диэтилового эфира, при охлаждении и перемешивании прибавляют по каплям смесь 3,7 мл (50 ммоль) ацетона (для синтеза соединения 1а), 4,4 мл (50 ммоль) бутанона (для синтеза соединения 1Ь), 5,3 мл (50 ммоль) 2-пентанона (для синтеза соединения 1с) или 2,2 мл (25 ммоль) бутанона и 2,7 мл (25 ммоль) 2-пентанона (для синтеза соединения Ы), 3,4 мл (25 ммоль) диэтилоксалата и нагревают 0,5-2 часа. Осадок отфильтровывают, добавляют при перешивании и охлаждении 15 мл 15% соляной кислоты, продукт кристаллизуют из этилацетата. Получают бесцветные кристаллы соединений
(3.,5.)-4,5-Дигидроксиокта-3,5-диен-2,7-дион (1а). Бесцветные кристаллы. Выход 2,35 г (34%), т. пл. 118-120°С (лит.: 122-123°С [3]). Найдено, %: С 56,72; Н 6,24. С8Н10О4. Вычислено, %: С 56,47; Н 5,92.
Кафедра химии
(4.,6.)-5,6-Дигидроксидека-4,6-диен-3,8-дион (lb). Бесцветные кристаллы. Выход 1,90 г (33%), т. пл. 76-78°С (лит.: 75-76°С [3]). Найдено, %: С 60,87; Н 7,45. C10H14O4. Вычислено, %: С 60,59; Н 7,11.
(5.,7.)-6,7-Дигидроксидодека-5,7-диен-4,9-дион (1с). Бесцветные кристаллы. Выход 4,0 г (43%), т. пл. 58-60°С. ИК спектр, v, см-1 (форма В): 3253 (ОН хелат), 3097 (CH), 2962 Vas (CH3), 2932 Vas (CH2), 2896 Vs (CH3), 2872 Vs (CH2), 1556 шир. (^1,6)=O хелат), 1460 Sas (CH3), 1397 0Крутильные (CH2), 1353 Ss (CH3), 1285 бвеерные (CH2), 1142, 1094, 1070, 1036, 942, 903, 873 ^„ые (C-C), 793
Sмаятниковые (CH3X 579 Vскелетные (C-C). Hайдено, %:
С 63,92; Н 8,33. C^H^. Вычислено, %: С 63,69; Н 8,02.
(4.,6.)-5,6-Дигидроксиундека-4,6-диен-3,8-дион (ld). Бесцветные кристаллы. Выход 1,70 г (37%), т. пл. 103-105°С. ИК спектр, v, см-1 (форма В): 3250 (ОН хелат), 3098 (CH), 2963 Vas (CH3), 2924 Vas (CH2), 2873 Vs (CH3), 2853 Vs (CH2), 1556 шир. (СО^^хелат), 1461 Sas (CH3), 1399 0Крутильные (CH2), 1375 Ss (CH3), 1288 5веерн^1е (CH2), 1137, 1092, 1047,
1000, 875, 801 Скелетные (C-C), 783 Sмаятниковые (CH3X
573 Vcкелетные (C-C). Найдено, %: С 62,44; Н 7,71. C11H16O4. Вычислено, %: С 62,25; Н 7,59.
ЛИТЕРАТУРА
1. Poje M.,Balenovic K. // J. Heterocycl. Chem. 1979. V. 16. N 3. Р. 417-420.
2. Игидов H.M., Козьминьк E.H., Софьина O.A., Широ-нина T.M., Козьминыx В.O. // Химия гетероциклических соединений. 1999. № 11.С. 1466-1475;
Igidov N.M., Kozminykh E.N., Sof'ina O.A., Shironina T.M., Kozminykh V.O. // Khimiya geterotsyklicheskikh soedineniy. 1999. N 11. P. 1466-1475 (in Russian).
3. Козьминык ВЮ., Гончаров В.И., Козьминык E.H. // Вестник Оренбургского гос. ун-та. 2QQ7. Вып. 5 (69). С. 138-148;
Kozminykh V.O., Goncharov V.I., Kozminykh E.N. //
Vestnik Orenburgskogo Gos.Universiteta. 2007. V. 5 (69). P. 138-148 (in Russian).
4. Кириллова E.A., Муковоз П.П., Виноградов А.Н., Козьминык В.O., Дворская O.H. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2Q11. Т. 54. Вып. 4. С. 18-22; Kirillova E.A., Mukovoz P.P, Vinogradov A.N., Kozminykh V.O., Dvorskaya O.N. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 4. P. 18-22 (in Russian).
5. Зеленин К.Н., Алексеев В.В., Пиxлайя К., Oвчаренко
B.В. // Изв. Академии Наук. Серия хим. 2QQ2. № 2.
C. 197-212;
Zelenin K.N., Alekseev V.V., Pikhlaiya K., Ovcharenko V.V. // Izv. Akademii Nauk. Ser. Khim. 2002. N 2. P. 197212 (in Russian).
6. Zelenin K.N., Alekseyev V.V. // Targets in Heterocyclic Systems. 1997. V. 1. P. 83-116.
