CC BY
9УДК 547.495.1
Н.М. Имашева, А.В. Великородов, В.Б. Ковалев, О.О. Кривошеев
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕКОТОРЫХ ВИНИЛЬНЫХ, АЛЛИЛЬНЫХ И ЭТИНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ОКСИМАМИ АРЕНКАРБАЛЬДЕГИДОВ В ПРИСУТСТВИИ ХЛОРАМИНА Б
(Астраханский государственный университет) E-mail: aspu@aspu.ru
Изучено взаимодействие некоторых винильных, аллильных и этинильных производных с N-оксидами аренкарбонитрилов, генерированных из соответствующих оксимов аренкарбальдегидов под действием хлорамина Б. Установлено, что возможность протекания реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения, выходы 3,5-дизамещенных изо-ксазолинов и изоксазолов зависят как от природы диполярофила, так и от электронной природы заместителя в бензольном кольце 1,3-диполя. Структура новых соединений подтверждена ИК, ЯМР1Н,13С, масс- спектрами и данными элементного анализа.
Ранее нами были изучены реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения N-оксидов кар-бонитрилов, генерированных из оксимов карбаль-дегидов под действием хлорамина Б к аллил-N-фенилкарбамату, пропаргил-^фенилкарбамату и метил-К-(и-аллилоксифенил)карбамату [1-4]. Установлено, что во всех случаях реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения протекают ре-гиоспецифично с образованием 3,5-дизамещенных 2-изоксазолинов и 2-изоксазолов. Однако синтетические возможности, границы применимости данного метода синтеза указанных соединений, как и влияние электронной природы заместителя при кратной связи на регионаправленность цик-лоприсоединения, практически не изучены. В связи с этим представлялось важным восполнить указанный пробел.
Нами изучено 1,3-диполярное циклопри-соединение N-оксидов аренкарбонитрилов, генерированных указанным выше методом, к аллило-вому спирту (I), аллил-и-толилсульфону (II), ал-лилфениловому эфиру (III), метил-К-(.м-аллил-оксифенил)карбамату (IV), винилбутиловому эфиру (V), винилфенилсульфону (VI), акриламиду (VII), g-винилпиридину (VIII), амиду коричной кислоты (IX), транс-стильбену (X), пропаргиловому спирту (XI) и фенилацетилену (XII). Процесс осуществляли кипячением эквимолярной смеси соответствующего оксима карбальдегида, диполярофила и тригидрата хлорамина Б в этаноле. Контроль за ходом реакции осуществляли методом тонкослойной хроматографии.
На основе данных спектроскопии ЯМР 1Н, 13С и масс-спектрометрии установлено, что 1,3-диполярное циклоприсоединение N-оксидов кар-бонитрилов, образующихся in situ, к аллильным производным (I-IV) протекает региоспецифично с образованием 3,5-дизамещенных 2-изоксазолинов ^Ша-е).
\ //
CH=NOH
RCH
PhSO2NNaCl, EtOH,
А
I-IV
R=OH (I), Ts (II), OPh (III), 3-MeO2CHNC6H4O (IV)
XIIIa-е
XIII, R=OH,R'=4-NO2 (A); R=Ts, R'=4-NO2 (Б); R=OPh, R'=3-NO2 (В); R=3-MEO2CHNC6H4O, R'=4-NO2 (Г);
R=3-MeO2CHNC6H4O, R'=4-Cl (Д); R= 3-MeO2CHNC6H4O, R'=3,4-OCH2O (E) Возможность взаимодействия винильного производного в аналогичных условиях зависит от его структуры. Так, реакции монозамещенных соединений (V-VII) с N-оксидом 4-нитробензокар-бонитрила, образующемся in situ из соответствующего оксима, протекают, как и в случае ал-лильных производных, региоспецифично с образованием 3,5-дизамещенных 2-изоксазолинов (XIVа-в).
CH=NOH
X
Y 2'
X
, O^
N
4' 5'
У-У I I X I Уа-в
Х=Н, У=ОБи (V, ХЩ); Х=Н, У=802РЬ (VI, Х1Уб);
Х=Н, Y=C0NH2 (VII, XIVв)
В то же время у-винилпиридин (VIII) в аналогичных условиях при использовании оксимов аренкарбальдегидов как с электронодонор-ными, так и электроноакцепторными заместителями в бензольном ядре, подвергается осмолению, а дизамещенные винильные производные - амид коричной кислоты (К) и транс-стильбен (Х) - не реагируют, что обусловлено, вероятно, стериче-скими затруднениями.
Нами также изучено поведение в этой реакции пропаргилового спирта (Х!) и фенилацети-лена (ХП). Установлено, что эти диполярофилы также реагируют с ^оксидом 4-нитробензокар-
R
O2N
4
бонитрила региоспецифично с образованием 3,5-дизамещенных 2-изоксазолов (ХУа,б).
R- !_
NO,
^ //
XV а, б R=HOCH2 (a), Ph (б)
Образование единственного изомера в реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения подтверждается спектрами ЯМР 1Н продуктов реакций.
Анализ спектров ЯМР Н, 13С продуктов реакций и близких по строению соединений [5-9] позволяет сделать вывод, что циклоприсоедине-ние N-оксидов бензонитрила к изученным соединениям происходит регионаправленно и завершается образованием 3,5-дизамещенных 2-изокса-золинов (XIII, XIV) и 2-изоксазолов (XV).
В масс-спектрах изоксазалинов наряду с другими сигналами присутствуют стабильные пики с m/z 162 (ХШб-г, Х^а-в), 151, 153 (ХШд), 161 (ХШе), что свидетельствует об образовании при фрагментации 2-арилазирина. Такое направление фрагментации соединений (ХШ, ХГУ) также подтверждает структуру 3,5-дизамещенных 2-изо-ксазолинов [5].
Структура 2-изоксазолина (ХШа) подтверждена превращением его в 3-(4-нитрофенил)-5-(N-фениламинокарбоксиметил)-2-изоксазолин [1] при взаимодействии с фенилизоцианатом.
ИК и ЯМР :Н спектры также свидетельствуют о присоединении N-оксидов бензонитрила по связи С°СН. В ИК спектрах изоксазолов ^Va^) исчезает полоса поглощения при 2140 см-\ обусловленная валентным колебанием этиниль-ной группы [5]. В спектре ЯМР :Н 2-изоксазола ^V6) в отличие от фенилацетилена (ХП) отсутствует сигнал протона этинильной группы, но появляется синглетный сигнал олефинового протона в области слабых полей (7,01 м.д.).
При анализе масс-спектров соединений ^Va^) были выявлены общие закономерности распада молекул под действием электронного удара. В них присутствуют пики молекулярных ионов [M] , интенсивность которых изменяется от 15 до 30%. В то же время в масс-спектрах соединений ^Va^) присутствуют стабильные пики с m/z 161, что, учитывая данные работы [10], свидетельствует об образовании при фрагментации иона 2-арилазиридиния (А).
HC
C—Ar
А
Структура 2-изоксазола (XVa) также подтверждена превращением его в 3-(4-нитрофенил)-5-(К-фениламинокарбоксиметил)-2-изоксазол [3] при взаимодействии с фенилизоцианатом.
Отметим, что выходы соединений (XVa,б) в целом ниже, чем в случае 3,5-дизамещенных 2-изоксазолинов [1], что связано, вероятно, с понижением реакционной способности связи С°СН по сравнению со связью С=СН2.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Спектры ЯМР 1Н получены на спектрометре Бгцкег АС-200 (200.13 МГц) в ацетоне-аб и диме-тилсульфоксиде-^, внутренний стандарт - ТМС. Масс-спектры записаны на приборе Кга1о8 М8-30 при энергии ионизирующих электронов 70 эВ. ИК спектры измерены на спектрофотометре ИКС-29 в интервале 4000-400 см-1 в вазелиновом масле и спектрофотометре 8рееоМ М82 в таблетках КБг. Контроль за чистотой полученных соединений осуществляли методом ТСХ на пластинах 8Пц£о1 ЦУ-254.
Синтез 3,5-дизамещенных 2-изоксазоли-нов и 2-изоксазолов (общая методика). Смесь 1,35 ммоль диполярофила, 1,35 ммоль оксима аренкарбальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидра-та хлорамина Б в 25 мл абсолютного этанола кипятят в течение б ч, отделяют от осадка, растворитель удаляют в вакууме и остаток обрабатывают метиленхлоридом (2 х 20 мл), экстракт промывают водой (2 х 30 мл), 1 н. водным раствором гид-роксида натрия (2 х 25 мл) и сушат безводным сульфатом магния. После удаления растворителя и перекристаллизации из подходящего растворителя получают 3,5-дизамещенный 2-изоксазолин или 2-изоксазол.
3-(4-Нитрофенил)-5-гидроксиметил-2-изо-ксазолин (Х111а) получают по приведенной выше методике из 0,09 мл (1,35 ммоль) аллилового спирта, 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 4-нитробен-зальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б. Выход соединения (Х111а) в виде кристаллов светло-желтого цвета - 0,23 г (78%). Т. пл. 134-135 °С (из смеси диэтиловый эфир - гек-сан, 1:1).
Найдено, %: С 53,82; Н 4,58; N 12,32. СюИ^Оф Вычислено, %: С 54,05; Н 4,50; N 12,61.
3-(4-Нитрофенил)-5-тозилметил-2-изо-ксазолин (ХШб) получают по аналогичной методике из 0,27 г (1,35 ммоль) аллил-и-толилсуль-фона, 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 4-нитробензаль-дегида и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б. Выход соединения (ХШб) в виде кристаллов бледно-желтого цвета - 0,45 г (92%). Т. пл. 185186 °С (из хлороформа). Спектр ЯМР :Н, (ацетон-
N
de), S, м.д.: 7,52 д (2Н, Наром., J 10 Гц), 7,48 д (2Н, Наром., J 10 Гц), 7,43 д (2Н, Наром., J 9,8 Гц), 7,37 д (2Н, Наром., J 9,8 Гц), 4,90 м ( 1Н, Н5), 4,27 т (2Н, СН2, J 1,7 Гц), 3,39 д. д. ( 1Н, Н4, J 9,8, 17,5 Гц), 3,12 д. д (1Н, Н4, J 9,8, 17,5 Гц). ИК спектр(вазе-линовое масло), v, см-1: 1600-1515 (С=С, С~Саром.), 1140 (vas SO2), 1310 (vs SO2), 1355, 1530 (NO2).
Найдено, %: С 57,01; Н 4,15; N 7,48. C17H15N2O5S. Вычислено, %: С 56,82; Н 4,18; N 7,80.
3-(3-Нитрофенил)-5-(феноксиметил)-2-изоксазолин (XIIIb) получают по аналогичной методике взаимодействием 0,18 г (1,35 ммоль) ал-лилфенилового эфира (III), 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 3-нитробензальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) три-гидрата хлорамина Б. Выход соединения (Х111в) в виде кристаллов светло-желтого цвета -0,37 г (86%). Т.пл. 104-105 °С (из хлороформа). Спектр ЯМР !Н, S, м.д.: 8,11 д (1Н, Н6', J 7,8 Гц), 7,94 м (2Н, Н4'5 '), 7,85 с (1Н, Н2'), 6,69 м (5Н, Наром), 5,09 м (1Н, Н5), 4,14 м (2Н, ОСН2), 3,36 д. д (1Н, Н4, J 9,7; 15,4 Гц), 3,26 д. д (1Н, Н4, J 9,7; 15,4 Гц). Спектр ЯМР 13С, S, м.д.: 37,02 (С4), 64,96 (ОСН2), 81,74 (С5), 114,33 (С1"6"), 120,10 (С4"), 122,22 (С2'), 125,32 (С4'), 129,55 (С3''5"), 130,47 (С5'), 132,27 (С1'), 133,29 (С6'), 148,58 (С3'), 158,84 (С1"), 160,89 (С3).
Найдено, %: С 64,15; Н 4,59; N 9,51. C16H14N2O4. Вычислено, %: С 64,43; Н 4,70; N 9,40.
3-(4-Нитрофенил)-5-(.-метоксикарбо-ниламинофеноксиметил)-2-изоксазолин (XIIIr) получают по аналогичной методике взаимодействием 0,28 г (1,35 ммоль) метил-К-(.-аллилокси-фенил)карбамата (IV), 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 4-нитробензальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) три-гидрата хлорамина Б. Выход соединения (ХШг) в виде кристаллов светло-желтого цвета - 0,45 г (89%). Т. пл. 95-96 °С (из хлороформа). Спектр ЯМР 1Н, S, м.д.: 9,62 с (1Н, NH), 8,31 д (2Н, Н3 '5 ', J 8,5 Гц), 7,96 д (2Н, Н2 ' 6 ', J 8,5 Гц), 7,15 м (2Н, Н2"4"), 7,03 д (1Н, Н5", J 8 Гц), 6,61 д (1Н, Н6", J 8 Гц), 5,17 м (1Н, Н5), 4,12 м (2Н, ОСН2), 3,67 м (4Н, ОМе, Н4), 3,40 д. д (1Н, Н4, J 7,5; 17,5 Гц).
Найдено, %: С 58,51; Н 4,62; N 11,12. C18H!7N3O6. Вычислено, %: С 58,82; Н 4,58; N 11,32.
3-(4-Хлорфенил)-5-(.-метоксикарбонил-аминофеноксиметил)-2-изоксазолин (ХШд) получают по аналогичной методике из 0,28 г (1,35 ммоль) метил-К-(.-аллилоксифенил)карбамата (IV), 0,21 г (1,35 ммоль) оксима 4-хлорбензальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б . Выход соединения (ХШд) в виде бесцветных кристаллов -0,42 г (87%). Т. пл. 88-89 °С (из гексана). Спектр ЯМР 1Н, S, м.д.: 9,58 с (1Н, NH), 8,30 д (2Н, Н3'5', J 8,5 Гц), 7,82 д (2Н, Н2'6', J 8,5 Гц), 7,15 м (2Н, Н2'4"), 7,04 д (1Н, Н5", J 8,1 Гц), 6,61 д (1Н, Н6", J
8.1 Гц), 5,15 м (1Н, Н5), 4,12 м (2Н, ОСН2), 3,67 м (4Н, ОМе, Н4), 3,38 д. д (1Н, Н4, J 7,3; 17,2 Гц).
Найдено, %: С 60,01; Н 4,43; N 7,48. C18H17CIN2O4. Вычислено, %: С 59,92; Н 4,72; N 7,77.
3-(3,4-Метилендиокси)-5-(.-метоксикар-бониламинофеноксиметил)-2-изоксазолин (XIIIe) получают по аналогичной методике взаимодействием 0,28 г (1,35 ммоль) метил-К-(.-аллилокси-фенил)карбамата (IV), 0,22 г (1,35 ммоль) оксима гелиотропина и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б. Выход соединения (Х111е) в виде бесцветных кристаллов - 0,49 г (97%). Т. пл. 122124 °С (из хлороформа). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 37,04 (С4), 52,65 (NHCO2Me), 65,12 (ОСН2), 81,72 (С5), 100,87 (ОСН2О), 104,89 (С2"), 108,04 (С6"), 108,47 (С5 '), 111,48 (С4"), 115,65 (С2) 121,97 (С6), 122,35 (C1) 129,45 (С5"), 139,41 (C3"), 149,01 (C4'), 151,85 (C3 '), 154,93 (C=O), 157,72 (C3), 161,03 (C1").
Найдено, %: С 63,75; Н 4,91; N 7,68. C:9H18N2O6. Вычислено, %: С 63,69; Н 5,03; N 7,82.
5-Бутокси-3-(4-нитрофенил)-2-изоксазо-лин (Х1Уа) получают по аналогичной методике взаимодействием 0,17 мл (1,35 ммоль) н-бутил-винилового эфира (V), 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 4-нитробензальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б. Выход соединения (Х^а) в виде кристаллов светло-желтого цвета - 0,19 г (52%). Т. пл. 52-53 °С (из диэтилового эфира). ИК спектр (KBr), v, см-1: 1610, 1575 (С^Саром.), 1522 (Vas NO2), 1350 (Vs NO2). Спектр ЯМР !Н, 5, м.д.:
8.02 д (2Н, Н2'6', J 8,5 Гц), 7,73 д (2Н, Н3'5', J 8,5 Гц), 5,12 м (1Н, Н5), 3,72 м (2Н, ОСН2), 3,51 д. д (1Н, Н4, J 9,1; 15,4 Гц), 3,31 д. д (1Н, Н4, J 9,1; 15,4 Гц), 1,411,45 м (4Н, МеСНзСН2СН2О), 0,93 м (3Н, Ме). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 14,1 (МеСНСНСНО), 20,65 (МеЩгС^С^О), 31,25 (МеСН^^С^О), 44,61 (С4), 66,15 (МеСН2СН2СН2О), 96,20 (С5), 124,01 (С3'5'), 126,06 (С2'6'), 137,25 (С1'), 148,39 (С4'), 157,35 (С3).
Найдено, %: С 58,88; Н 6,18; N 10,44. C13H16N2O4. Вычислено, %: С 59,09; Н 6,06; N 10,61.
3-(4-Нитрофенил)-5-(фенилсульфонил)-2-изоксазолин (Х1Уб) получают по аналогичной методике из 0,23 г (1,35 ммоль) винилфенилсуль-фона (VI), 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 4-нитро-бензальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б. Выход соединения (XIV6) в виде кристаллического вещества светло-желтого цвета - 0,36 г (78%), т.пл. 187-189 °С (из этанола). ИК спектр (KBr), v, см-1: 1610, 1580 (С^Саром.), 1518 (Vas NO2), 1345 (Vs NO2), 1295, 1150 (SO2). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д.: 8,32 д (2Н, Н2 ' 6 ', J 8,7 Гц), 7,99 д (2Н, Н3 ' 5 ', J 8,7 Гц), 7,64-7,53 м (5Наром), 4,78 м (1Н, Н5), 3,46 д. д (1Н, Н4, J 8,2; 15,2 Гц), 3,25 д. д
(1Н, Н4, J 8,2; 15,2 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 38,05 (С4), 96,71 (С5), 124,72 (С3'5'), 128,42 (С2'6'), 130,18 (С1"'6"), 130,34 (С3"'5"), 132,65 (С4"), 140,01 (С1"), 140,21 (С1'), 148,10 (С4'), 155,58 (С3).
Найдено, %: С 53,95; Н 3,39; N 8,34. C15H12N2O5S. Вычислено, %: С 54,22; Н 3,61; N 8,43.
5-Карбоксамидо-3-(4-нитрофенил)-2-из-оксазолин (XIVв) получают по аналогичной методике из 0,1 г (1,35 ммоль) акриламида (VII), 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 4-нитробензальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б. Выход 2-изоксазолина (XIVb) - 0,3 г (89%) в виде кристаллического вещества светло-желтого цвета, т.пл. 202-205 °С (из хлороформа). ИК спектр (KBr), v, см-1: 3500 (NH2), 1692 (C=O), 1600, 1580 (С=Саром.), 1517 (vas NO2), 1345 (vs NO2). Спектр ЯМР !Н, 5, м.д.: 8,04 д (2Н, Н2'6', J 8,5 Гц), 7,74 д (2Н, Н3'5', J 8,5 Гц), 6,23 с (2Н, NH2), 5,15 м (1Н, Н5), 3,54 д. д (1Н, Н4, J 8,5; 15,5 Гц), 3,37 д. д (1Н, Н4, J 8,5; 15,5 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 37,12 (С4), 73,21 (С5), 123,35 (С3'5'), 128,01 (С2'6'), 132,54 (С1), 148,63 (С4), 156,04 (С3), 167,12 (С=О).
Найдено, %: С 51,19; Н 4,01; N 17,68. C10H9N3O4. Вычислено, %: С 51,06; Н 3,83; N 17,87.
5-Гидроксиметил-3-(4-нитрофенил)-2-изоксазол (XVa) получают по аналогичной методике взаимодействием 0,08 мл (1,35 ммоль) про-паргилового спирта (XI), 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 4-нитробензальдегида, 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б. Выход 2-изоксазола (XVa) - 0,19 г (64%) в виде кристаллического вещества светло-желтого цвета, т.пл.143-145°С (из смеси диэтиловый эфир - гексан, 1:1).
Найдено, %: С 54,30; Н 3,56; N 12,51. C1qH8N2O4. Вычислено, %: С 54,55; Н 3,64; N 12,73.
3-(4-Нитрофенил)-4-фенил-2-изоксазол (XV6) получают по аналогичной методике из 0,15 мл (1,35 ммоль) фенилацетилена (XII), 0,22 г (1,35 ммоль) оксима 4-нитробензальдегида и 0,37 г (1,35 ммоль) тригидрата хлорамина Б. Выход 2-из-оксазола (XV6) - 0,25 г (67%) в виде кристаллического вещества светло-желтого цвета, т.пл. 214215 °С (из хлороформа). Спектр ЯМР :Н, 5, м.д.: 8,32 д (2Н, Н3'5', J 8,4 Гц), 7,54-7,28 м (5Наром), 7,14 д (2Н, Н2'6', J 8,4 Гц), 7,01 с (1Н, Н4). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 120,73 (С5), 123,85 (С3'5'), 126,81 (C3"'5"), 127,85 (С2''6'), 128,63 (С4"), 130,35 (С1"), 133,05 (С2"-6"), 137,32 (С1'), 148,02 (С4'), 150,23 (С4), 156,89 (С3).
Найдено, %: С 67,36; Н 3,96; N 10,34. C15H10N2O3. Вычислено, %: С 67,67; Н 3,76; N 10,53.
ЛИТЕРАТУРА
1. Великородов А.В., Мочалин В.Б. ЖОрХ. 2001. Т. 37. Вып. 1. С. 93-96.
2. Великородов А.В., Мухин А. А., Черняева Е.А. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2001. Т. 44. Вып. 6. С. 22-23.
3. Великородов А.В., Мочалин В.Б. ЖОрХ. 2002. Т. 38. Вып. 1. С. 72-74.
4. Великородов А.В., Бакова О.В., Мочалин В.Б. ЖОрХ. 2002. Т. 38. Вып. 1. С. 75-78.
5. Hassner A., Rai K.M.L. Synthesis (BRD). 1989. N 1. P. 57-54.
6. Богданов В.С. и др. Изв. АН СССР. Сер. хим. 1980. Вып. 2. С. 305-316.
7. Chrisope D.R. et al. J. Heterocyclic. Chem. 1981. V. 18. N 4. P. 795-798.
8. Браун Д., Флойд А., Сейнзбери М. Спектроскопия органических веществ. М.: Мир. 1992. 300 с.
9. Kondo Y. et al. Tetrahedron Lett 1989. V. 30. N 32. P. 4249-4250.
10. Meazza G., Capuzzi L., Piccardi P. Synthesis. 1989. N 4. P. 331-334.
