CC BY
7
Раздел 02.00.03
Органическая химия
УДК 547.512:547.25:547.362
DOI: 10.17122/bcj-2021-3-37-40
Т. П. Зосим (к.х.н, н.с.) Ф. Т. Садыкова (м.н.с.) М. Д. Самба (магистрант) 2, И. Р. Рамазанов (д.х.н., проф, зав.лаб.) 1,2
ЦИКЛОПРОПАНИРОВАНИЕ ЗАМЕЩЕННЫХ АЛЛИЛАМИНОВ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ РЕАГЕНТОВ
Et2Zn-CH2I2-AlCl3
1 Институт Нефтехимии и Катализа УФИЦ РАН, лаборатория каталитического синтеза 450075, г. Уфа, пр. Октября, 141; e-mail: tania-ygnty@yandex.ru 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра газохимии и моделирования химико-технологических процессов 450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; e-mail: ifir.ramazanov@gmail.com
T. P. Zosim F. T. Sadykova M. D. Samba 2, I. R. Ramazanov 12
THE CYCLOPROPANATION OF SUBSTITUTED ALLYLAMINES WITH Et2Zn-CH2I2-AlCl3 REAGENT SYSTEM
1 Institute of Petrochemistry and Catalysis of Russian Academy of Sciences, 141, Prospekt Oktyabrya Str., 450075, Ufa; e-mail: tania-ygnty@yandex.ru 2 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa; e-mail: ilfir.ramazanov@gmail.com
Впервые разработан метод циклопропанирова-ния замещенных аллиламинов с помощью системы реагентов Et2Zn-CH2I2-AlCl3. Установлено, что скорость реакции циклопропанирования зависит от электронных характеристик заместителей при двойной связи: ускоряется при введении электронодонорного и замедляется при введении электроноакцепторного заместителя. Наличие объемных заместителей при атоме азота в ал-килзамещенных аллиламинах не препятствует прохождению реакции циклопропанирования. В отсутствие AlCl3 гомоциклопропиламины в реакционной массе не обнаруживались. Предложена вероятная схема механизма реакции, включающая образование in situ Et3Al.
Ключевые слова: аллиламины; гомоциклопропиламины; карбеноиды алюминия; цинкорга-нические соединения; циклопропанирование.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Проект №19-33-60046). Синтез замещенных 2-алкениламинов был осуществлен в рамках госзадания Министерства образования и науки (№АААА-А19-119022290009-3/FMRS-2022-0076, №AAAA-A19-119022290008-6/ FMRS-2022-0075). Исследование структуры синтезированных соединений выполнено с использованием оборудования Регионального центра коллективного пользования «Агидель» (Институт нефтехимии и катализа РАН). Дата поступления 23.06.21
For the first time, a method for cyclopropanation of substituted allylamines using the Et2Zn-CH2I2-AlCl3 reagent system was developed. The rate of the cyclopropanation reaction depends on the electronic effects of the substituents at the double bond: it is accelerated when an electron-donor substituent is introduced and slows down when an electron-acceptor substituent is introduced. The presence of bulky substituents at the nitrogen atom in alkyl-substituted allylamines did not interfere with the cyclopropanation reaction. In the absence of AlCl3, homocyclopropylamines in the reaction mixture were not detected. A reaction mechanism was proposed, including the in situ formation of Et3Al.
Key words: allylamines; aluminum carbenoids; cyclopropanation; homocyclopropylamines; organozinc compounds.
This work was financially supported by the RFBR (Project no.19-33-60046). The synthesis of substituted 2-alkenylamines was carried out within the RF state assignment, reg. no.AAAA-A19-119022290009-3/FMRS-2022-0076, no.AAAA-A19-119022290008-6/ FMRS-2022-0075. The structural studies of the synthesized compounds were performed with the use of Collective Usage Centre «Agidel» at the Institute of Petrochemistry and Catalysis of RAS.
Разработка новых методов получения циклопропановых соединений с использованием широкодоступных реагентов является важной задачей в органической химии. Реагенты Виттига-Фурукавы и Денмарка, представляющие собой галогенметилпроизводные цинка ((ХСН2)2гп, где X = I, С1) и получаемые взаимодействием Е122п с СН212 или 1СН2С1, оказались особо полезны для циклопропанирова-ния олефинов и аллиловых спиртов 1-4. Однако, как нами было ранее обнаружено, получение замещенных циклопропиламинов из енаминов и 2-алкениламинов проходит более эффективно под действием карбеноида алюминия Е12А1СН21 5-7.
Упомянутые выше реагенты, являющиеся карбеноидами цинка, оказались неэффективными для циклопропанирования азотсодержащих ненасыщенных соединений вследствие побочной реакции К-алкилирования. Например, взамо-действие К,К-дибензилциклогекс-2-ен-1-амина с реагентами Виттига-Фурукавы и Денмарка дает продукт циклопропанирования с выходом 11 и 33 % соответственно 8-9. Наилучший результат с выходом 92% был получен при использовании реагента Ши (СБ3С022пСН21). Однако и в этом случае выход продукта циклопропаниро-вания резко снижался через 1 ч после начала реакции 8'9, что было связано с ускорением побочной реакции К-алкилирования.
С целью разработки нового эффективного реагента циклопропанирования азотсодержащих ненасыщенных соединений на основе Е122п нами было изучено взаимодействие системы реагентов Е127п-СН212-А1С13 с замещенными аллиламинами.
Результаты и их обсуждение
Нами установлено, что алкилзамещенные аллиламины 1а-£ реагируют с системой реагентов, состоящей из 1.2 эквивалентов Е122п, СН21 и 0.8 эквивалента А1С13, при комнатной температуре в дихлорметане с образованием гомоциклопропиламинов 2а-£ с выходами 63— 85 % (схема 1). Скорость реакции циклопропа-
нирования зависит от электронных эффектов заместителей при двойной связи: ускоряется при введении электронодонорного заместителя и замедляется при введении электроноакцеп-торного заместителя. Так, конверсия (Ю-1,4-ди(пиперидин-1-ил)бут-2-ена в реакции с 5 эквивалентами Et2Zn и CH2I2 и 3 эквивалентами AlCl3 за сутки не превышала 5%. Наибольший выход гомоциклопропиламина 2d был зафиксирован при циклопропанировании N-метал-лилпиперидина 1d. Наличие объемных заместителей (t-Oct, c-Hex) при атоме азота в ал-килзамещенных аллиламинах 1b,e не препятствовало прохождению реакции циклопропа-нирования. В отсутствие AlCl3 гомоциклопро-пиламины 2a-f в реакционной массе не обнаруживались.
Аллил амины, имеющие такие выраженные электроноакцепторные заместители при атоме азота, как N-аллиланилин, N^-диалли-ланилин, N,N-диаллилнафталил-1-амин, N-ал-лилимидазол и N,N-диаллилацетамид, не проявили активности в изучаемой реакции. В то же время, взаимодействие 4-аллилморфолина 1c с 2.4 эквивалентами Et2Zn, CH2I и 1.6 эквивалентом AlCl3 дает продукт циклопропаниро-вания 2c с высоким выходом.
При использовании гексана в качестве растворителя в реакции ^^диэтилаллил амина 1a с системой реагентов Et2Zn-CH2I2-AlCl3, выход гомоциклопропиламина 2a снижается до 42%, что может быть связано с нерастворимостью AlCl3 в гексане. В среде эфирных растворителей (диэтилового эфира, тетрагидро-фурана, 1,4-диоксана) реакция не идет, вследствие, как мы полагаем, образования малоре-акционноспособных устойчивых эфиратов солей алюминия.
Предполагаемый механизм реакции включает образование in situ Et3Al вследствие взаимодействия Et2Zn с AlCl3. Последующая реакция Et3Al с CH2I2 приводит к генерированию карбеноида алюминия Et2AlCH2I, который и является активным циклопропанирующим ин-термедиатом (схема 2).
R"
R'' I
R''
1a-f
Et2Zn (1,2 экв.), CH2I2 (1,2 экв.), AlCl3 (0,8 экв.)
CH2Cl2 23 oC, 6 ч
R'
R'' I
N
R'''
2a: R' = Et, R'' = Et, R''' = H (65%) 2b: R' = f-Oct, R'' = H, R''' = H (70%) 2c: R',R'' = (CH2)5, R''' = H (72%) 2d: R',R'' = (CH2)5, R''' = Me (85%) 2e: R' = c-Hex, R'' = H, R''' = H (63%) 2f: R',R'' = (CH2)2O(CH2)2, R''' = H (69%)
Схема 1. Циклопропанирование алкилзамещенных аллиламинов 1a-f
3 Et2Zn + 2 AlCl3
Et3Al + CH2I2
R''
NRR'
Et2AlCH2I - Et2AlI
2 Et3Al + 3 ZnCl2
Et2AlCH2I + EtI
R''
NRR'
Схема 2. Предполагаемый механизм циклопропани-рования алкилзамещенных аллиламинов
Таким образом, нами разработан новый метод циклопропанирования алкилзамещен-ных аллиламинов с помощью системы реагентов Et2Zn-CH2I2-AlCl3.
Экспериментальная часть
Использовали коммерчески доступный диэтилцинк (>52% wt. Zn basis) фирмы «Sigma-Aldrich». Дихлорметан перегоняли над P2O5. 2-Алкениламины получали реакцией 2-алкенилбромидов с вторичными аминами 10.
Спектроскопию ядерного магнитного резонанса проводили на приборе Brucker Avance-400. Спектры ЯМР записаны при 400 МГц, спектры ЯМР 13С при 100 МГц в CDCl3. Нумерация атомов в спектрах 13С- и ^-ЯМР соединений 2a-f показана на рис. 1. Элементный анализ выполнен на приборе Carlo-Erba CHN 1106. Масс-спектры получены на приборе Finnigan 4021. Выходы рассчитывали по количествам цикло- и дициклопро-пил аминов, выделенных из исходных 2-алке-ниламинов.
2
4 N^^8
5_6
О7
2a
2b
2
^ N \5 >8 3 ^—I
4 H ^^ 4
H ЛГ\ Q
2c
5 6
N O 4 \_/
87
2f
5 6 N ^ 7
4 9 8 " 10 9
2е
Рис. 1. Нумерация атомов углерода в спектрах 13С-и 1И-ЯМР соединений 2a-f.
Общая процедура синтеза циклопро-пиламинов. В стеклянный реактор на магнитной мешалке в атмосфере сухого аргона при 0 оС помещали 5 мл СН2С12, 0.24 мл (2.4 ммоль) Е122п и 0.2144 г (1.6 ммоль) А1С13, затем перемешивали 15 мин. Далее последовательно до-
бавляли замещенный аллиламин (2 ммоль) и CH2I2 (0.2 мл, 2.4 ммоль). Реакционую массу перемешивали при комнатной температуре в течение 6 ч , после чего добавляли 25%-ный водный раствор NaOH (5 мл). Выпавший осадок отфильтровывали через бумажный фильтр, водный слой экстрагировали диэтило-вым эфиром (3 х 5 мл). Объединенные органические слои промывали водой (10 мл) и сушили над безводным CaCl2. Растворитель удаляли при пониженном давлении, остаток перегоняли, получая замещенный гомоциклопропиламин в виде бесцветного масла.
Х-(Циклопропилметил)-Х,Х-диэтиламин (2a). Выход 65%. Т.кип. 136-140 оС. ЯМР 1H 5: 0.05-0.15 (м, 2H, C(2,3)Ha), 0.3-0.45 (м, 2H, C(2,3)Hb), 0.85-0.95 (м, 1H, C(1)H), 1.03 (т, /=7.4 Гц, 6H, C(6,8)H3), 2.52 (д, /=7.2 Гц, 2H, C(4)H2), 2.80 (к, /=7.4 Гц, 4H, C(5,7)H2). ЯМР 13C 5: 3.80 (2C, C(2,3)), 7.68 (C(1)), 9.24 (2C, C(6,8)), 46.00 (2C, C(5,7)), 56.29 (C(4)). Масс-спектр m/z (%): 127 (7) [М]+, 112 (20), 98 (100).
Х-(Циклопропилметил)-2,4,4-триметил-пентан-2-амин (2b). Выход 70%. Т.кип. 82-85 °C (10 Торр). ЯМР 5: 0.04-0.08 (м, 2H, C(2,3)Ha), 0.41-0.55 (м, 2H, C(2,3)Hb), 0.850.95 (м, 1H, C(1)H), 0.98 (с, 9H, C(8,11,12)H3), 1.10 (с, 6H, C(9,10)H3), 1.39 (с, 2H, C(6)H2), 2.37 (д, /=6.8 Гц, 2H, C(4)H2). ЯМР 13C 5: 3.32 (2C, C(2,3)), 11.88 (C(1)), 28.92 (2C, C(9,10)), 31.57 (C(7)), 31.68 (3C, C(8,11,12)), 47.23 (C(4)), 52.83 (C(6)), 53.79 (C(5)). Масс-спектр m/z (%): 183 (5) [М]+, 168 (23), 154 (4), 126 (45), 112 (100), 98 (27), 71 (9), 56 (33), 41 (16). Вычислено для C12H25N, %: C, 78.62; H, 13.74; N, 7.64. Шйдено, %: C, 78.40; H, 13.65; N, 7.51.
1-(Циклопропилметил)пиперидин (2c). Выход 72%. Т.кип. 71-75 "C (10 Торр). ЯМР 5: 0.05-0.15 (м, 2H, C(2,3)Ha), 0.45-0.55 (м, 2H, C(2,3)Hb), 0.85-0.95 (м, 1H, C(1)H), 1.451.46 (м, 2H, C(7)H2), 1.55-1.65 (м, 4H, C(6,8)H2), 2.23 (д, /=6.8 Гц, 2H, C(4)H2), 2.47 (уш.с, 4H, C(5,9)H2). ЯМР 13C 5: 3.97 (2C, C(2,3)), 8.39 (C(1)), 24.47 (C(7)), 25.95 (2C, C(6,8)), 54.64 (2C, C(5,9)), 64.63 (C(4)). Масс-спектр m/z (%): 129 (9) [М]+, 114 (21), 100 (100), 86 (42). Вычислено для C9H17N, %: C, 77.63; H, 12.31; N, 10.06. Шйдено, %: C, 77.70; H, 12.30; N, 9.91.
1-[( 1-Метилциклопропил)метил]пипери-дин (2d). Выход 85%. Т.кип. 88-90 оC (10 Торр). ЯМР 5: 0.23 (д, /=8.8 Гц, 4H, C(2,3)H2), 1.10 (с, 3H, C(10)H3), 1.41-1.42 (м,
2
6
3
4
8
7
2Н, С(7)Н2), 1.54-1.60 (м, 4Н, C(6,8)H2), 2.10 (с, 2H, C(4)H2), 2.35 (уш.с, 4Н, C(5,9)H2). ЯМР 13C 5: 12.16 (2C, C(2,3)), 13.24 (C(1)), 21.81 (C(10)), 24.62 (C(7)), 25.91 (2C, C(6,8)), 54.85 (2С, C(5,9)), 68.04 (C(4)). Масс-спектр m/z (%): 153 (5) [М]+, 138 (36), 124 (100), 110 (34). Вычислено для C10H19N, %: C, 78.37; H, 12.50; N, 9.14. Найдено, %: C, 78.26; H, 12.42; N, 9.25.
Х-(Циклопропилметил)циклогексиламин (2e). Выход 63%. Т.кип. 82-85 0C (10 Торр). ЯМР *H 5: 0.01-0.05 (м, 2Н, С(2,3)На), 0.350.39 (м, 2Н, C(2)Hb), 0.75-0.85 (м, 1Н, С(1)Н), 0.88-1.15 (м, 10Н, С(6-10)Н2), 1.491.82 (м, 1Н, С(5)Н), 2.40 (д, /=6.8 Гц, 2Н, C(4)H2). ЯМР 13C 5: 3.53 (2С, C(2,3)), 10.68
Литература
1. Furukawa J., Kawabata N., Nishimura J. A novel route to cyclopropanes from olefins // Tetrahedron Lett.- 1966.- V.7, №28.- Pp.3353-3354.
2. Furukawa J., Kawabata N., Nishimura J. Synthesis of cyclopropanes by the reaction of olefins with dialkylzinc and methylene iodide // Tetrahedron.- 1968.- V.24, №1.- Pp.53-58.
3 . Denmark S. E., Edwards J. P. A comparison of (chloromethyl)- and (iodomethyl)zinc cyclopro-panation reagents // J. Org. Chem.- 1991.-V.56, №25.- Pp.6974-6981.
4. Halton B. Advances in strained and interesting organic molecules.- Stamford: JAI Press, 1999.- 262 p.
5. Kadikova R. N., Ramazanov I. R., Zosim T. P., Yaroslavova A. V., Dzhemilev U. M. The synthesis of cyclopropyl amines and cyclopropanols by the reaction of enamines and trimethylsilyl enol ethers with CH2I2 and Et3Al // Tetrahedron.- 2015.-V.71, №21.- Pp.3290-3295.
6 . Ramazanov I. R., Yaroslavova A. V., Dzhemilev U.
M. CH2I2-Et3Al reagent in the cyclopropanation of 2-alkenyl amines // Tetrahedron Lett.- 2016.-V.57, №36.- Pp.4024-4026.
7 . Ramazanov I. R., Kadikova R. N., Zosim T. P.,
Dzhemilev U. M., de Meijere A. Synthesis of Spiro[2.2]pentanes and Spiro[2.3]hexanes Employing the Me3Al/CH2I2Reagent // European J. Org. Chem.- 2017.- V.2017, №47.- Pp.7060-7067.
8. Csatayova K. et al. Chemo- and diastereoselective cyclopropanation of allylic amines and carbamates // Tetrahedron.- 2010.- V.66, №43.- Pp.8420-8440.
9. Davies S. G., Ling K. B., Roberts P. M., Russell A. J., Thomson J. E. Diastereoselective Simmons-Smith cyclopropanations of allylic amines and carbamates // Chem. Commun. (Camb).-2007.- №39.- Pp.4029-4031.
10. Kafka S., Cermak J., Novak T., Pudil F., Viden I., Ferles M. Syntheses of Piperazines Substituted on the Nitrogen Atoms with Allyl, Propyl, 2-Hydro-xypropyl and 3-Hydroxypropyl Groups // Collect Czechoslov Chem Commun.- 1985.-V.50.- Pp.1201-1211.
(C(1)), 24.90 (С(8)), 25.84 (2С, С(7,9)), 32.70 (2C, C(6,10)), 51.52 (C(4)), 56.64 (C(5)). Вычислено для C10H19N, %: C, 78.37; H, 12.50; N, 9.14. Найдено, %: C, 78.40; H, 12.41; N, 9.09.
4-(Циклопропилметил)морфолин (2f ). Выход 69%. Т.кип. 80-83 °C (10 Торр). ЯМР 1H 5: 0.09-0.13 (м, 2Н, C(2,3)Ha), 0.50-0.54 (м, 2Н, С(2,3)Нь), 0.83-0.90 (м, 1Н, С(1)Ш, 2.26 (д, /=4 Гц, 2Н, С(4)Н2), 2.53 (уш.с, 4H, C(5,8)H2), 3.74 (т, /=4 Гц, 4H, C(6,7)H2). ЯМР 13C 5: 3.62 (2С, C(2,3)), 8.07 (C(1)), 53.78 (2C, C(5,8)), 64.15 (C(4)), 66.91 (2C, C(6,7)). Масс-спектр m/z (%): 141 (11) [M]+, 138 (21) [M-Me]+, 124 (100), 110 (66). Вычислено для C8H15NO, %: C, 68.04; H, 10.71; N, 9.92. Найдено, %: C, 67.89; H, 10.78; N, 9.97.
References
1. Furukawa J., Kawabata N., Nishimura J. [A novel route to cyclopropanes from olefins]. Tetrahedron Lett., 1966, vol.7, no.28, pp.3353-3354.
2. Furukawa J., Kawabata N., Nishimura J. [Synthesis of cyclopropanes by the reaction of olefins with dialkylzinc and methylene iodide]. Tetrahedron, 1968, vol.24, no.1, pp.53-58.
3 . Denmark S. E., Edwards J. P. [A comparison of (chloromethyl)- and (iodomethyl)zinc cyclo-propanation reagents]. /. Org. Chem., 1991, vol.56, no.25, pp.6974-6981.
4. Halton B. [Advances in strained and interesting organic molecules]. Stamford, JAI Press, 1999, 262 p.
5. Kadikova R. N., Ramazanov I. R., Zosim T. P., Yaroslavova A. V., Dzhemilev U. M. [The synthesis of cyclopropyl amines and cyclopropanols by the reaction of enamines and trimethylsilyl enol ethers with CH2I2 and Et3Al]. Tetrahedron, 2015, vol.71, no.21, pp.3290-3295.
6 . Ramazanov I. R., Yaroslavova A. V., Dzhemilev U.
M. [CH2I2-Et3Al reagent in the cyclopropanation of 2-alkenyl amines]. Tetrahedron Lett., 2016, vol.57, no.36, pp.4024-4026.
7 . Ramazanov I. R., Kadikova R. N., Zosim T. P.,
Dzhemilev U. M., de Meijere A. [Synthesis of Spiro[2.2]pentanes and Spiro[2.3]hexanes Employing the Me3Al/CH2I2Reagent]. European /. Org. Chem., 2017, vol.2017, no.47, pp.7060-7067.
8. Csatayova K. et al. [Chemo- and diastereoselec-tive cyclopropanation of allylic amines and carbamates]. Tetrahedron, 2010, vol.66, no.43, pp.8420-8440.
9. Davies S. G., Ling K. B., Roberts P. M., Russell A. J., Thomson J. E. [Diastereoselective Simmons-Smith cyclopropanations of allylic amines and carbamates]. Chem. Commun. (Camb)., 2007, no.39, pp.4029-4031.
10. Kafka S., Cermak J., Novak T., Pudil F., Viden I., Ferles M. [Syntheses of Piperazines Substituted on the Nitrogen Atoms with Allyl, Propyl, 2-Hydroxypropyl and 3-Hydroxypropyl Groups]. Collect Czechoslov Chem Commun., 1985, vol.50, pp.1201-1211.
