Синтез каркасных производных на основе 2- и 3-метилхинопимаровых кислот Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.914.2:547.89.2

СИНТЕЗ КАРКАСНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ НА ОСНОВЕ

2- И 3-МЕТИЛХИНОПИМАРОВЫХ КИСЛОТ

© Р. В. Кузьмич1, Г. Ф. Вафина1*, Ф. З. Галин12, М. С. Юнусов12

1 Институт органической химии Уфимского научного центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 Уфа, пр. Октября, 11.

Тел./факс: +1 (341) 235 60 66.

Е mail: [email protected] 2Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450014 Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел./факс: +1 (341) 229 96 ЯЗ.

Установлено, что реакция Дильса-Альдера левопимаровой кислоты с 2-метил-1,4-бензохиноном ускоряется на два порядка при катализе BmimBF4. Показано, что фотолиз 2- и 3-метилхинопимаровых кислот в этилацетате дает каркасные у-дикетоны, а в метаноле — производные окса-«птичьей клетки».

Ключевые слова: хинопимаровая кислота, каркасные соединения, окса-«птичья клетка».

Каркасные соединения типа «птичья клетка» привлекают внимание как молекулы, обладающие необычными физическими и химическими свойствами, как интермедиаты в конструировании некаркасных полициклических соединений и как биологически активные субстанции, в частности, как антивирусные агенты [1-3]. В этой связи нам представлялось интересным осуществить синтез каркасной структуры фотоциклизацией метилхинопи-маровых кислот 2а,б, полученных по реакции Дильса-Альдера левопимаровой кислоты 1 и 2-метил-п-бензохинона.

Диеновый синтез проходит при комнатной температуре в среде хлористый метилен-гексан (95:5) в течение 7 суток. В результате реакции образуется смесь региоизомеров 2а,б в соотношении 4:1, с преобладанием 3-метилхинопимаровой кислоты 2а. Добавление в реакцию каталитических количеств ионной жидкости (БтітБР4) значительно ускоряет скорость реакции (2.5 ч), не изменяя соотношения региоизомеров. Попытки разделить региоизомеры колоночной хроматографией оказались неудачными.

Фотолиз смеси кислот 2а,б в этилацетате приводит к каркасным у-дикетонам За,б с количественным выходом. Облучение в бензоле приводит к образованию смеси каркасных у-дикетонов За,б и окса-«птичьих клеток» 4а,б в соотношении

3а,б:4а,б=1:3. Соотношение у-дикетонов к окса-

«птичьим клеткам» и соотношение региоизомеров определено по спектрам ЯМР 13С с погрешностью ~20% по интенсивности в первом случае синглет-ных сигналов карбоксильных групп, а во втором случае из интенсивностей дублетных сигналов ме-тиновых протонов изопропильной группы (С21 для дикетонов За,б и С22 для окса-«птичьих клеток» 4а,б). Соотношение региоизомеров в каркасных у-дикетонах За:Зб составляет 5.7:1 и для окса-«птичьих клеток» 4а:4б 1.2:1. Облучение в метаноле приводит к продуктам трансаннулярной циклизации с участием метанола, из реакционной среды удалось выделить единственный доминирующий изомер 5а с количественным выходом в пересчете на 2а в исходной смеси.

Строение всех синтезированных соединений установлено на основании данных ЯМР- спектрометрии и элементного анализа.

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР 1Н и 13С сняты на приборе «Бгикег ЖМ-360» с рабочей частотой 300.13 и 75.47 МГц соответственно, в 10-20% растворах СБС13, внутренний стандарт - ТМС. Химические сдвиги приводятся в шкале 5. ИК спектры сняты на приборе «Shimadzu» в тонком слое, в суспензии в нуйоле.

За ходом реакции следили по результатам ТСХ на пластинках Сорбфил ПТСХ-АФ-А (г. Краснодар). В качестве элюентов использовали систему растворителей: хлороформ : метанол (10:1, 5:1).

* автор, ответственный за переписку

2а,б

За,б

Облучали УФ лампой ОРК-21ш (ртутнокварцевая лампа ДРТ-400, напряжение в сети 220 В, максимальный пусковой ток лампы 6.0 А. При установившемся режиме: сила тока 3.25+0.3 А, напряжение на лампе 135+15 В, мощность 400+20 Вт).

3- и 2-Метилхинопимаровые кислоты [(4аЛ,4Ь£,7Л,10аЛ,10Ь£,12Л,12аЛ)-1З-изопро-пил-7,10а-диметил-1,4-диоксо-З(2)-метил-4,4а,5,6,-6а,7,8,9,10,10а,10Ь,11,12,12а-тетрадекагидро-1Н-4Ь,12-этенохризен-7-карбоновая кислота] (2а,Ь). Получали по [4]. Выход количественном в виде кристаллов желтого цвета. ИК-спектр (v, см1): 3340, 3217, 1693, 1667, 1624, 1462, 1454, 1375, 1296, 1198, 1165, 1105, 1008, 908, 760. Спектр 1H 3-метилхинопимаровой кислоты (CDCl3, 5 м.д., J Гц): 0.58 (с, 3Н, Mе), 0.98 (д, 6Н, Mе, J=6.47), 1.14 (с,

3Н, Mе ), 1.80 (с, 3Н, С^Ш, 2.03 (м, 1Н, Н15), 2.60 (д, 1Н, Н4а, J=8.5), 2.96 (уш.с., 2Н, Н12,12а), 5.38 (с, 1Н, Н14), 6.48 (с, 1Н, Н2). Соединение 2а. Спектр ЯMР 13С (СDCl3), S, м.д.: 15.90 к ДОе), 16.36 к ДОе),

19.71 к (2Mе), 16.94 т (C9), 20.75 к (Mе), 22.02 т (C6), 28.17 т (C11), 32.85 д (C15), 35.06 т (C5), 36.61 т (C8), 37.76 т (C10), 37.95 с (C10a), 41.47 д (C12), 42.53 с (C4b), 46.80 с (C1), 49.02 д (C6a), 50.61 д (C10b), 56.01 д (C4a), 58.56 д (C12a), 125.17 д (C14), 141.10 д (C2), 147.38 с (C13), 151.08 с (C3), 185.05 с (COO), 198.04 с (C4=O), 200.09 с (C1=O). Соединение 2б. Спектр 1H 2-метилхинопимаровой кислоты (CDCl3, 5 м.д., J Гц): 0.58 (с, 3Н, Mе), 0.98 □(д, 6Н, Mе, J=6.47), 1.14 (с, 3Н, Mе ), 1.90 (с, 3Н, С2-Ш, 2.03 (м, 1Н, Н15), 2.65 (д, 1Н, Н4а, J=8.5), 2.96 (уш.с., 2Н, Н12,12а), 5.34 (с, 1Н, Н14), 6.37 (с, 1Н, Н3). Спектр

ЯMР 13С (СDCl3), S, м.д.: 16.14 к ДОе), 16.44 к ДОе),

19.71 к (2Mе), 16.94 т (C9), 20.59 к (Mе), 22.02 т (C6), 28.08 т (C11), 32.85 д (C15), 35.22 т (C5), 36.61 т (C8), 37.76 с (C10a), 37.95 т (C10), 40.97 д (C12), 42.27 с (C4b), 46.80 с (C1), 49.02 д (C6a), 51.34 д (C10b), 56.07 д (C4a), 57.85 д (C12a), 124.49 д (C14), 138.62 д (C3), 147.98 с (C13), 154.27 с (C2), 185.05 с (COO), 199.14 с (C4=O), 199.26 с (C1=O). Найдено, %: C 73.98, H 8.74. C27H36O4. Вычислено, %: C 76.42, H 8.49.

Методика фотоциклизации.

1%-ный Раствор смеси 3- и 2-метилхино-пимаровых кислот в соответствующем растворителе облучали УФ-лампой ОРК-21ш в атмосфере аргона в колбе из стекла пирекс до исчезновения желтой окраски раствора. Контроль реакции осуществляли методом ТСХ. По окончании реакции растворитель отгоняли в вакууме до минимального объема реакционной массы, остаток кристаллизовали.

10,16,20-Триметил- (За) и 5,16,20-триметил--6,9-диоксо -4-изопропилгептацикло [10.8.0.03,7-.04,11.05,10.08,12.015,20]икозан-16-карбоновая кислота (3b). Кислота (За) получена в смеси с 5-метилзамещенной кислотой (3b), в индивидуальном виде не выделена. Общий выход кислот За,Ь количественный, соотношение региоизомеров аналогично исходной смеси кислот 2а,Ь. ИК-спектр (v, см-1): 3333, 1753, 1736, 1694, 1458, 1375, 1281, 1240, 1165, 1069, 1045, 1007, 721. Спектр ЯMР 13С кислоты (За) (^DCb), S, м.д.: 15.40 к (С10-Ш, 16.52 к ДОе), 16.64 к (Mе), 17.19 т (С18), 17.50 т (С14), 17.95 к ДОе), 19.06 к (Mе), 21.14 т (С2), 28.06 д (С21), 32.89 т (С13), 35.30 д (С3), 36.71 т (С11), 37.38 с (С20), 38.04

т (С19), 38.16 с (С16), 39.92 д (С11), 46.34 с (С12),

46.81 с (С10), 48.97 д (С5), 49.27 д (С7), 50.24 д (С1), 52.63 д (С8), 53.34 с (С4), 57.90 д (С15), 184.45 с (СОО), 213.37 с (С6), 212.11 с (С9). Спектр ЯМР 13С кислоты (ЗЬ) (СБС13), 5, м.д.: 15.64 к (С5-Ме), 16.52 к (Ме), 16.64 к (Ме), 17.19 т (С18), 17.50 т (С14), 17.95 к (Ме), 19.06 к (Ме), 21.14 т (С2), 26.73 д (С21),

33.56 т (С13), 34.66 д (С3), 36.71 т (С17), 37.38 с (С20), 37.91 с (С16), 38.04 т (С19), 44.68 д (С11), 44.94 д (С7),

46.81 с (С12), 47.37 д (С10), 49.24 с (С5), 50.22 с (С4), 50.22 д (С1), 51.88 д (С8), 57.62 д (С15), 184.45 с (СОО), 214.23 с (С6), 210.54 с (С9).

4,8,17-Триметил- (4а) и 14,16-дигидрокси-4,8,18-триметил-20-изопропил-15-оксаокта-цик-ло[11.7.1.0З,12.04,9.012,19.014,18.016,21.017,20]хеникозан-8-карбоновая кислота (4Ь). Кислоты 4а,Ь получены в смеси с кислотами За,Ь, в индивидуальном виде не выделены. Спектр ЯМР 13С кислоты (4а) (ТФУК+(СБ3)2СО), 5, м.д.: 15.97 к (С18-Ме), 16.21 к (Ме), 17.02 т (С6), 17.32 т (С2), 18.34 к (Ме), 18.40 к (Ме), 19.44 к (Ме), 22.39 т (С10), 29.53 д (С21), 34.13 д (С19), 36.48 с (С4), 37.07 т (С7), 38.09 т (С11), 38.88 т (С5), 39.87 д (С9), 40.13 с (С12), 41.51 д (С1), 46.36 с (С8), 48.87 д (С3), 50.58 д (С13), 52.03 с (С18), 54.53 д (С21), 55.76 с (С20), 59.48 д (С17), 108.89 с (С16), 111.87 с (С14), 179.80 с (СОО). Спектр ЯМР 13С кислоты (4Ь) (ТФУК+(СБ3)2СО), 5, м.д.: 16.09 к (С17-Ме), 16.21 к (Ме), 17.33 т (С6), 17.23 т (С2), 18.40 к (Ме), 18.46 к (Ме), 19.44 к (Ме), 22.29 т (С10), 28.15 д (С21), 34.84 д (С19), 36.48 с (С4), 37.07 т (С7), 38.09 т (С11), 38.88 т (С5), 39.17 с (С12), 39.87 д (С9), 41.51 д (С1), 46.06 с (С8), 48.20 д (С3), 50.97 д (С13), 51.87 д (С18), 53.68 д (С21), 55.76 с (С20), 59.12 с (С17), 108.65 с (С16), 112.19 с (С14), 179.80 с (СОО).

14-Гидрокси-16-метокси-4,8,18-триметил-20-изопропил- 15-оксаоктацикло[11 .7.1.03’12.04’9-.012’19.01418.016’21.017’2°]хеникозан-8-карбоновая кислота (5а). Выход: 80%. Т.пл. 207-212°С, [a]20D +52° (с 2.04, СНС13+МеОН, 5:1). ИК спектр (v, см-1): 3400, 3313, 1701, 1681, 1458, 1377, 1333, 1300, 1234, 1211, 1192, 1160, 1136, 1069, 1043, 894, 878. Спектр ЯМР 13С (CD3)2SO, 5, м.д.: 14.85 к (С18-Ме),

15.12 к (Ме), 16.64 к (Ме), 17.18 т (С6), 17.81 к (Ме), 18.07 к (Ме), 18.11 т (С2), 21.12 т (С10), 27.03 д (С21),

33.82 д (С19), 34.41 т (С7), 36.55 т (С11), 36.80 с (С4),

38.57 т (С5), 39.52 д (С9), 39.78 с (С12), 41.90 д (С1),

46.12 с (С8), 46.78 д (С3), 49.31 д (С13), 49.91 с (С18), 52.15 к (ОМе), 53.12 д (С21), 54.39 с (С20), 58.64 д (С17), 108.65 с (С16), 111.41 с (С14), 179.80 с (СОО). Найдено, %: С 73.45, Н 9.02. C28H40O5. Вычислено, %: С 73.68, Н 8.77.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для ведущих научных школ № НШ-3756.2010.3, программы фундаментальных исследований Президиума РАН №7П и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы - госкон-тракт № 14.740.11.0367.

ЛИТЕРАТУРА

1. Oliver D. W., Dekker T. G., Snyckers F. O. // Eur. J. Med. СЬеш. 1991. V. 26. Р. 375.

2. Geldenhuys W. J., Malan S. F., Bloomquist J. R., Marchand A. P., Van der Schyf С. J. // Medicinal Research Reviews. 2005. V. 25. Р. 21.

3. Sacks S. L., Scheffer J. R., The СЬ-Z., Tse A. // J. Med. aem. 1985. V. 28. Р. 819.

4. Вафина Г. Ф., Фазлыев Р. Р., Г алин Ф. З., Спирихин Л. В. // Ж. орг. химии. 2009. V. 45. Р. 515.

Поступила в редакцию 13.10.2011 г.