Содержание к диссертации
Введение
1. Взаимодействие енгидроксиламинокетонов и структурно-подобных соединений с электрофильными реагентами 8
1. Введение 8
2. Реакции конденсации 9
2.1 Взаимодействие с альдегидами и кетонами 9
2.2 Присоединение по Михаэлю 12
2.3 Другие реакции конденсации 14
3. Ацилирование 15
4. Алкилирование 18
5. Взаимодействие с реагентом Вильсмайера 23
6. Взаимодействие с сульфохлоридами 27
7. Галогенирование 27
8. Нитрозирование 29
9. Кислотно-катализируемые превращения 30
10. Прочие электрофильные агенты 31
11. Заключение 33
2. Взаимодействие гетероциклических енаминов и енгидроксиламинов ряда имидазолидина и пирролина с электрофильными реагентами 34
2.1 Взаимодействие енаминов с реагентом Вильсмайера 34
2.1.1 Взаимодействие енгидроксиламинокетонов с реагентом Вильсмайера 34
2.1.2 Взаимодействие циклических нитронов с реагентом Вильсмайера 39
2.1.3 Взаимодействие О-замещенных производных 2,2-диметил-2,4-дигидро-ЗЯ-пиррол-З-он-1-оксида с реагентом Вильсмайера 42
2.1.4 Взаимодействие енаминокетонов с реагентом Вильсмайера 51
2.1.5 Взаимодействие нитроенамина с реагентом Вильсмайера 56
2.2 Взаимодействие производных 2,4-дигидро-ЗЛ-пиррол-З-он-1-оксида с активированными алкинами 58
2.3 Взаимодействие производных 2,4-дигидро-ЗЯ-пиррол-З-он-1-оксида с бензальдегидом 61
2.4 Окислительные превращения производных 4-{[2,2-диметил-1-оксидо-3-оксо-2,4-дигидро-3//-пиррол-4-ил](фенил)метил}-2,2-диметил-2,4-дигидро- ЗЯ-пиррол-3-он-1-оксида 69
3. Экспериментальная часть 78
3.1 Синтезы соединений 79
3.1.1 Взаимодействие енаминов с реагентом Вильсмайера 79
3.1.1.1 Взаимодействие енгидроксиламинокетонов с реагентом Вильсмайера. 79
3.1.1.2 Взаимодействие циклических нитронов с реагентом Вильсмайера 81
3.1.1.3 Взаимодействие О-замещенных производных 2,2-диметил-2,4-дигид-ро-ЗЯ-пиррол-З-он-1-оксида с реагентом Вильсмайера 81
3.1.1.4 Взаимодействие енаминокетонов и нитроенамина с реагентом Вильсмайера 84
3.1.2 Взаимодействие производных 2,4-дигидро-3#-пиррол-3-он-1-оксида с активированными алкинами 87
3.1.3 Взаимодействие производных 2,4-дигидро-ЗЯ-пиррол-З-он-1 -оксида с бензальдегидом 89
3.1.4 Окислительные превращения производных 4-{[2,2-диметил-1-оксидо-3-оксо-2,4-дигидро-ЗЯ-пиррол-4-ил](фенил)метил}-2,2-диметил-2,4-дигидро-ЗЯ-пиррол-3-он-1-оксида 91
3.2 Характеристики полученных соединений 93
Выводы 114
- Реакции конденсации
- Кислотно-катализируемые превращения
- Взаимодействие производных 2,4-дигидро-ЗЛ-пиррол-З-он-1-оксида с активированными алкинами
- Взаимодействие производных 2,4-дигидро-3#-пиррол-3-он-1-оксида с активированными алкинами
Введение к работе
В последние годы проблема создания органических молекулярных магнетиков весьма актуальна, и одним из подходов к ее решению является синтез кристаллических гетероспиновых систем, в которых реализуется сильное обменное взаимодействие, приводящее к возникновению магнитного фазового перехода. Одним из многообещающих направлений в этой области является синтез координационных соединений с ионами переходных металлов, где в качестве лигандов используются стабильные нитроксильные радикалы.1'2
Для того, чтобы обеспечить возможность создания органического молекулярного магнетика, молекула лиганда должна, во-первых, обеспечивать достаточно эффективную координацию с ионом металла, а во-вторых, эффективно проводить спиновую плотность с нитроксильной группы на атом металла. Впервые материалы, обладающие необычными магнитными свойствами, были получены на базе координационных соединений нитроксильных радикалов -енаминокетонов ряда имидазолидин-1-оксила.1
Для решения как фундаментальных задач, направленных на выяснение причин возникновения магнитного фазового перехода, так и прикладных задач по созданию органических магнитных материалов, актуальным является синтез новых парамагнитных лигандов, отличающихся природой донорных групп, их топологией и пространственным строением всей молекулы.
Известно, что производные 2,2-диметил-2,4-дигидро-ЗЯ-пиррол-3-он-1-оксида вступают во взаимодействие с некоторыми электрофильными реагента-ми, причем реакция* как правило, происходит по атому С-4. Так, реакция хлорирования этих соединений и последующее замещение атома хлора на цианогруп-пу позволяет синтезировать персистентные винилнитроксильные радикалы.4 Важно отметить, что в случае одного* из синтезированных таким образом радикалов в кристаллическом состоянии наблюдается очень сильное антиферромагнитное межмолекулярное обменное взаимодействие с энергией обмена J/k = 100 К, в результате чего это соединение даже при комнатной температуре обла-
дает заметно пониженным магнитным моментом.
Еще одной важной особенностью производных 2,2-диметил-2,4-дигидро-3//-пиррол-3-он-1-оксида является их исключительно легко протекающее окисление с образованием димеров, в молекуле которых роль заместителя в поло-жении 4 играет пирролин-лУ-оксидное кольцо. ' Следует отметить, что одно-электронное восстановление этих димеров приводит к образованию устойчивых анион-радикалов - перспективных парамагнитных лигандов для координационной химии.8
Таким образом, систематическое изучение производных 2,2-диметил-2,4-дигидро-ЗЯ-пиррол-З-он-1-оксида может позволить синтезировать ряд уникальных объектов, в частности, стабильные винилнитроксильные радикалы или, по крайней мере, их диамагнитные предшественники, которые могут быть вовлечены в комплексообразование с целью получения новых материалов с необычными магнитными свойствами.
В связи с этим, целью работы является изучение взаимодействия енгид-роксиламинокетонов, в частности, ряда 3//-пиррол-3-она, и. родственных ена-минов с электрофильными реагентами для получения новых магнитоактивных материалов.
Для достижения этой цели было изучено взаимодействие различных нитронов, производных пирролина и 3-имидазолина, и енаминокетонов, производных имидазолидин-1-оксила, с реагентом Вильсмайера. Обнаружено, что наличие нитронной группы в составе молекулы субстрата оказывает существенное влияние на направление реакции с реагентом Вильсмайера. Так, первоначально происходит атака по атому кислорода нитронной группы, далее следует ряд превращений (перегруппировок), приводящих к образованию конечных продуктов реакции.
В частности, в случае взаимодействия реагента Вильсмайера с енгидрок-силаминокетонами - производными 2,2-диметил-2,4-дигидро-ЗЯ-пиррол-3-он-1-оксида - происходит отщепление заместителя от атома азота и последовательное образование монохлорзамещенных енаминокетонов, а затем - дихлор-замещенных производных 2Л"-пирролов; при этом продукты формилирования
не образуются. Обнаружена перегруппировка iV-безоилоксипроизводных, приводящая к миграции этих групп к енаминовому атому углерода - в положение 4 пирролинового цикла. Показано, что эта перегруппировка может протекать межмолекулярно.
Напротив, взаимодействие енаминокетонов, производных нитроксильных радикалов имидазолидина, с реагентом Вильсмайера приводит к образованию диметиламинометилензамещенных производных З-имидазолин-1-оксила, то есть обычных продуктов для реакции Вильсмайера-Хаака.
Обнаружено, что данные продукты реакции в кислой среде претерпевают либо гидролитическое отщепление всей диметиламинометиленовой группировки, либо ее гидролиз в альдегидную группу, и эти направления реакции являются конкурирующими. В случае этил-3-(диметиламино)-2-(1-оксил-2,2,5,5-тетраметил-2,5-дигидро-1Я-имидазол-4-ил)акрилата образующийся при гидролизе формилзамещенный продукт являлся парамагнитным лигандом, дающим комплексные соединения с никелем, при этом никель имеет необычное координационное число - 5.
В то же время, аммонолиз диметиламинозамещенных соединений в водно-спиртовой среде приводит исключительно к образованию аминометилензаме-щенных продуктов, также являющихся потенциальными парамагнитными ли-гандами.
Показано, что продуктом реакции нитроенамина - производного имидазо-лидин-1-оксила - с реагентом Вильсмайера является нитроксильный бирадикал - фуроксан, который был далее трансформирован в диоксим-бирадикал - перспективный парамагнитный лиганд.
Помимо того, что производные 2,2-диметил-2,4-дигидро-3//-пиррол-3-он-1-оксида имеют несколько центров электрофильной атаки, формально они являются [1,3]-диполями, поэтому направление их реакции с активированными алкинами предсказать заранее представлялось сложным. Изучение взаимодействия этих соединений с диметил ацетилендикарбоксилатом, а также с эфирами пропиновой кислоты, показало, что взаимодействие протекает по типу реакции
7 1,3-диполярного циклоприсоединения, давая производные За,4,5,6-тетрагидропирро ло [ 1,2-Ь] изоксазол а.
Более детальное изучение описанной ранее реакции конденсации производных 2,2-диметил-2,4-дигидро-3//-пиррол-3-он-1-оксидов с бензальдегидом3 позволило получить продукты конденсации кротонового типа, которые способны далее превращаться в продукты присоединения по Михаэлю. Отмечено, что при проведении реакции в присутствии кислорода воздуха образуются соединения, обладающие необычной структурой, и являющиеся продуктами окисления и последующих трансформаций как исходных пирролин-Л/-оксидов, так и продуктов присоединения по Михаэлю.
Окисление продуктов конденсации по типу Михаэля диоксидом марганца или свинца приводит к образованию винилнитроксильных радикалов, которые способны окисляться далее с образованием сопряженных персистентных нитро-ксильных радикалов, производных 4-[фенил(5,5-диметил-1-оксидо-4-оксо-4,5-дигидро-ЗЯ-пиррол-3-илиден)метил]-1 -оксил-2,2-диметил-1,2-дигидро-ЗЯ-пиррол-3-она.
Реакции конденсации
Производные изоксазол-5-она в реакциях с альдегидами и кетонами выступают в качестве метиленовой компоненты (Схема 2). Продукты конденсации являются предшественниками в синтезе различных полициклических систем. Например, конденсация З-фенилизоксазол-5-она 1а с 2-[(3-метилбут-2-енил)окси]бензальдегидом 2 приводит к образованию соединения 3. Дальнейшая внутримолекулярная циклизация по типу реакции гетеро-Дильса-Альдера в присутствии гидрохинона и серебра в качестве катализатора, с высоким выхо-дом приводит к соединению 4. Аналогично происходит образование 5 при взаимодействии З-фенилизоксазол-5-она 1а с 3-метил-5-[(3-метилбут-2-енил)тио]-1-фенил-1//-пиразол-4-карбальдегид ом 6 (Схема 2). Конденсация З-фенилизоксазол-5-она la с секологанином 714 или 3,3-дихлорзамещенным акролеином 815 на первой стадии приводит к образованию 4-замещенных производных изоксазол-5-онов 9, 10 соответственно. Образование продукта 11 происходит в результате последующей внутримолекулярной циклизации (Схема 2). Трициклические дигидропиридоизоксазолоны могут быть получены в результате трехкомпонентной конденсации. При этом в качестве метиленовых компонент выступают сразу два соединения: З-амино-2-метилизоксазолон lb и 1,3-циклопентандион (схема 3), либо его 1,3-дикарбонильные аналоги: 1,3-цикло-гександион, 4,4-диметил-1,3-циклогесандион, 2Я-пиран-3,5(4Я,6#)-дион и др.16 Схема 3 3-Фенил-(4/7)-изоксазол-5-он 1а используют в качестве предшественника акцепторного блока в дизайне молекул, проявляющих нелинейные оптические свойства.17"25 В основе этого синтетического подхода лежит электрофильная атака формильной группы на конце полиенового «мостика» по положению 4 гетероцикла изоксазолона в присутствии основания. Некоторые примеры этой реакции приведены на схеме 4. Конденсация З-фенилизоксазол-5-она la с изофороном 12 происходит в присутствии ацетата аммония в качестве катализатора и приводит к 4-замещенному продукту ІЗ.26 Взаимодействие 1а с производными индол-2,3-диона 14 приводит к образованию аддуктов моно- и диприсоединения изокса-зол-5-она 15 и 16 соответственно (Схема 5).
Очевидно, образование минорного продукта реакции 16 происходит в результате взаимодействия 15 с еще одним эквивалентом исходного З-фенилизоксазол-5-она 1а. Взаимодействие изоксазол-5-онов типа 1 с кетонами в присутствии вторичных аминов приводит к образованию 4-замещенных изоксазолонов 17. Наиболее вероятной схемой реакции является основно-катализируемая конденсация кетона с активной метиленовой группой изоксазолона с последующим образованием соли 18, гидролиз которой приводит к смеси таутомеров 17 (Схема 6) = морфолин, пиперидин, пирролидин Схема 6 Взаимодействие производных пирролина 19 с бензальдегидом в присутствии основания приводит к образованию соединения 20 — продукта конденсации двух молекул пирролина 19 и одной молекулы бензальдегида. Вероятно, про- межуточно происходит образование соединения 21, которое, однако, не было выделено из реакционной смеси (Схема 7).3 Взаимодействие изоксазол-5-онов с яг,/?-непрсдельными карбонильными соединениями также происходит по положению 4 гетероцикла, аналогично тому, как это наблюдается в реакциях с карбонильными соединениями. Так, при взаимодействии З-фенилизоксазол-5-она 1а с а,/?-ненасыщенными кетонами 22 образуются соединения 23. В том случае, когда R = СНз, соединение 23 способно реагировать с ароматическими альдегидами по этой метильной группе, и образующийся интермедиат - продукт кротоновои конденсации - подвергается циклизации, являющейся еще одним присоединением по Михаэлю, давая спи-робициклическое соединение 24 (Схема 8). Схема 8 В том случае, когда заместителем при карбонильном атоме углерода в соединении 22 является фенильная группа, взаимодействие с бензальдегидом в присутствии ацетата аммония приводит к образованию спиросоединения 25. Предложенная схема реакции подтверждена авторами синтезом соединения 24 из 3- фенил-изоксазол-5-она la и 1,5-дифенилпента-1,4-диен-3-она 26. Выходы в описанных превращениях составляют 70-90% (Схема 8).29 Следует отметить, что описываемые выше превращения происходят в кислой среде, что не является типичным для проведения реакции Михаэля, но эти условия, как было показано, являются общими для подобных превращений.
В частности, реакция З-фенил-изоксазол-5-она 1а с а,/?-ненасыщенным кетоном 27, содержащим сложноэфирную группу в ct-положении, приводит к смеси соединений 28 и 29 В случае R = Ph реализуется исключительно путь 1, а при R = СНз реакция протекает по обоим путям, соотношение продуктов реакции при этом зависит от арильного заместителя в соединении 27 (Схема 9).30 Схема 9 Взаимодействие З-фенилизоксазол-5-она 1а с 2-бензилидениндан-1,3- дионом 30 в присутствии основания приводит к образованию соединения 31. Реакция 1а с соединением 32 происходит в А ІУ-диметилформамиде в отсутствие катализатора подобным образом, приводя к образованию продукта присое-динения по Михаэлю 33 (Схема 10). Схема 10 Следует отметить, что продукт кротоновой конденсации изоксазолона lac бензальдегидом также может выступать в качестве активного алкена в реакции с еще одним эквивалентом 1а, давая соединение 34 (Схема 10). Конденсация З-фенилизоксазол-5-она 1а с амидинами происходит с участием метиленовой группы гетероцикла и атома углерода амидиновои группы аналогично сложноэфирной конденсации. Продуктами этой реакции являются енамины 35; амидин в данном случае выступает в роли катализатора - основа- ния (Схема 11). При взаимодействии изоксазолин-5-она 1 с сероуглеродом в условиях основного катализа образуются 4-замещенные производных изоксазолона 36 (Схема 12). Ацилирование /?-оксонитронов приводит к образованию продуктов О-ацилирования по атому кислорода гидроксиламиногруппы (нитронной группы). Так, при взаимодействии производных пирролина 19 с хлористым бензоилом или ацетилом образуются соединения 39 и 40 соответственно; ацилирование 2-(1-гидрокси-4,4,5,5-тетраметил-имидазолидин-2-илиден)-1 -фенилэтанона 41а и 2-гидрокси-6-метил-1 -оксо-1,2-дигидро-бензо[Ь] [ 1,6]-нафтиридин-4-карбоно-вой кислоты 42 уксусным ангидридом приводит к образованию ацетатов 43п и 4437 соответственно (Схема 13). Взаимодействие изоксазол-5-она 1, в молекуле которого атом кислорода гидроксиламиногруппы включен в состав гетероцикла, с хлорангидридами кислот в присутствии основания происходит с образованием как N-, так и О-замещенных продуктов реакции. В случае бензоилхлорида основным продуктом реакции, как правило, является О-бензоилированное производное 45 (R = Ph), хотя изменение условий реакции в ряде случаев приводит к образованию смеси О- и JV-бензоилированных продуктов, в которой преобладают TV-замещенные соединения 46/8 Следует отметить, что проведение реакции при пониженной температуре приводит к образованию преимущественно TV-замещенного продукта 46 (продукт кинетического контроля), а при температуре 100 С в отсутствие растворителя основным продуктом является 0-замещенное соединение 45 (продукт термодинамического контроля).
Кислотно-катализируемые превращения
Экзоциклические /?-оксонитроны 53 в водном растворе 5% НС1 превращаются в производные пиррола 101, 102 через промежуточное образование хлор-гидратов енаминооксимов 103. В случае трет-бутилзамещенного производного 53 соль 103 является единственным продуктом реакции.73 При растворении 1-пирролин-4-он-1-оксида 19 в концентрированной соляной кислоте происходит раскрытие пирролинового цикла и образование хлоргидрата /?-диоксогидроксиламина 104, существующего только в сильнокислых средах и превращающегося в исходный пирролин 19 при нейтрализации (Схема 40). Схема 40 3-Метил-4//-изоксазол-5-он lh в растворе концентрированной соляной кислоты превращается в соединение 105.42 Авторы не приводят схему его образования, но можно предположить, что в ходе реакции происходит раскрытие изокса-золинового цикла, последующее декарбоксилирование и гидролиз связи C-N приводят к образованию молекулы протонированного ацетона. Взаимодействие последнего с двумя эквивалентами исходного 3-метил-4Г-изоксазол-5-она lh приводит к образованию продукта реакции 105 (Схема 41). Схема 41 При кипячении раствора II в 10% соляной кислоте происходит образование 2-фенил-2Я-[1,2,3]триазол-4,5-дикарбоновой кислоты 106 в результате раскрытия изоксазолонового цикла и последующей рециклизации (Схема 42). Взаимодействие 3-фенил-4Я-изоксазол-5-она с производными тиазолина в присутствии основания происходит с участием метиленовой группы изокса- зольного кольца аналогично реакции сложноэфирной конденсации.
Авторы полагают, что в условиях реакции происходит образование интермедиата 107; продукты реакции 108 образуются в результате дальнейшего раскрытия тиазо-лидинового цикла (Схема 43). Схема 43 Хинолин- и изохинолинзамещенные производные изоксазол-5-она 109 образуются при взаимодействии изоксазолина lh с TV-окисями хинолина и изохи-нолина в присутствии уксусного ангидрида, который выступает в качестве элек-трофильного катализатора. Последующее элиминирование уксусной кислоты приводит к образованию продуктов реакции (Схема 44). Схема 44 При взаимодействии изоксазолона 1а с солями арилдиазония образуются азо-соединения 110, существующие преимущественно в гидразонной таутомер- ной форме (Схема 45). Таким образом, электрофильная атака в молекулах, имеющих енгидрокси-ламинокетонную группировку, часто происходит по атому кислорода гидро-ксиламиногруппы, как по наиболее активному центру. В то же время, реакции конденсации, а также нитрозирование и галогенирование, протекают селективно по енаминовому атому углерода. В молекуле изоксазолинона атом кислорода, аналогичный гидроксилами-новому атому, связан в изоксазолиновыи цикл, а потому электрофильная атака вместо него преимущественно протекает по атому азота, который в данной молекуле, наоборот, является более доступным, либо в ряде случаев - по атому кислорода карбонильной группы. Реакции конденсации и галогенирования с участием 4Я-изоксазол-5-онов также протекают по атому углерода. Образование С-замещенных продуктов в некоторых случаях ацилирования и алкилиро-вания связано, по всей видимости, с миграцией заместителей от атома азота, куда направляется первоначальная электрофильная атака, к атому углерода с образованием термодинамически более стабильного продукта. Взаимодействие с реагентом Вильсмайера может первоначально протекать как по атому кислорода, так и по атому углерода, но реакция осложняется протеканием дальнейших перегруппировок, сильно зависящих как от условий проведения реакции, так и от строения исходных веществ.
Таким образом, направление атаки электрофильной частицы зачастую очень сильно зависит как от строения субстрата, так и от строения выбранного электрофильного реагента. Поэтому предсказать заранее направление реакции электрофильного замещения можно лишь с определенной долей вероятности. Взаимодействие гетероциклических енаминов и енгидроксила-минов ряда имидазолидина и пирролина с электрофильными реагентами 2.1 Взаимодействие енаминов с реагентом Вильсмайера78 79 2.1.1 Взаимодействие енгидроксиламинокетонов с реагентом Вильсмайера Как ранее отмечалось в обзоре литературных данных, на примере взаимодействия производных изоксазолин-5-она с реагентом Вильсмайера,59"63 направление реакции и состав продуктов существенно зависит от строения субстрата и соотношения всех реагентов. В молекуле енгидроксиламинокетонов, производных 2,2-диметил-2,4-дигидро-3#-пиррол-3-он-1-оксида, в отличие от производных изоксазолин-5-она, присутствует свободная гидроксильная группа, являющаяся, по сути, еще одним потенциальным реакционным центром, что усложняет задачу предсказания поведения данной реагирующей системы. При этом отдельным вопросом, заслуживающим внимания, является вопрос о возможности введения формильной группы в положение 4 пирролинового цикла. Нами показано, что пирролины 19 в условиях реакции Вильсмайера претерпевают ряд последовательных превращений в 4-хлорзамещенные енамино-кетоны 111 и далее — в дихлорзамещенные производные 2/7-пиррола 112. Примечательно, что при проведении реакции Вильсмайера с метилзамещенным производным пирролина 19с в присутствии большего избытка РОСІз в качестве основного продукта образуется А -[2-(3,4-дихлор-2,2-диметил-2#-пиррол-5-ил)винил]-ІУ,7У-диметиламин 113, наряду с которым, вероятно в результате гидролиза последнего, образуется также (3,4-дихлор-5,5-диметил-1,5-дигидро-2#-пиррол-2-илиден) ацетальдегид 114 (Схема 46).
Взаимодействие производных 2,4-дигидро-ЗЛ-пиррол-З-он-1-оксида с активированными алкинами
Производные 2,2-диметил-2,4-дигидро-3#-пиррол-3-он-1-оксида 19 суще- ствуют в виде смеси таутомерных форм, при этом, в зависимости от условии, преобладает, как правило, либо /?-оксонитронная форма А, либо енгидроксила-минокетонная форма В (Схема 64). Взаимодействие 19 с активированными алкинами теоретически может происходить двумя различными способами: алкин может выступать в качестве электрофильного агента, атакуя либо атом углерода С4, либо один из атомов кислорода в сопряженной таутомерной форме В (Схема 64); либо в качестве диполярофила по отношению к нитронной группе в таутомере А. Схема 64 Структурные аналоги пирролинов 19 - производные изоксазолина 1, моделирующие сопряженную таутомерную форму В соединений 19, правда, с иной топологией, взаимодействуют с диметилацетилендикарбоксилатом (ДМАД) по типу реакции электрофильного присоединения96 (Схема 65). В цитируемом случае реакция происходит по соответствующему атому углерода и атому азота с образованием соединений 148,149 и продуктов их дальнейшего превращения. В то же время известно, что реакция диполярного циклоприсоединения может происходить в качестве преобладающего процесса и с соединениями, в которых нитронная форма является лишь одним из возможных, при этом минорных, таутомеров - с производными 4,4,5,5-тетраметил-4,5-дигидроимида-зол-1-ола 15097 (Схема 65). В связи с вышесказанным, представляется возможным любое из упомянутых направлений реакции с ДМАД и другими активированными алкинами. Нами показано, что реакция пирролинов 19 с ДМАД при нагревании в СНСІз происходит исключительно как 1,3-диполярное циклоприсоединение с образованием производных диметиловых эфиров За,4,5,6-тетрагидро-пирроло [1,2-Ь]изоксазол-2,3-дикарбоновых кислот 151 (Схема 66). Единственным зарегистрированным побочным процессом в этой реакции является окисление пир-ролинов 19 в димеры 152, хотя реакция и проводилась в инертной атмосфере.
Строение соединений 152 установлено сравнением спектральных характеристик с литературными данными.6 Строение циклоаддуктов 151 подтверждается данными спектроскопии ЯМР. Так, в спектрах ЯМР Н группа С4Н2 представлена в виде дублета дублетов вследствие неэквивалентности этих протонов, чего не наблюдалось бы в случае протекания электрофильной атаки по любому из перечисленных реакционных центров. В спектре ЯМР 13С отсутствует сигнал атома углерода ни-тронной группы (сигнал атома С3а находится в области 71-74 м.д.), а наблюда-ются, в частности, сигналы в области 104-112 м.д. и 153-158 м.д. атомов С и С3 при двойной связи, что подтверждает образование изоксазолинового цикла. Взаимодействие пирролинов 19 с несимметричными алкинами, такими как этил- и метилпропиолаты, также дает исключительно продукты реакции цикло-присоединения. Реакция протекает нерегиоселективно с образованием эфиров За-замещенных 6,6-диметил-5-оксо-За,4,5,6-тетрагидропирроло[-1,2-Ь]изоксазол-3-карбоновых кислот 153 и эфиров За-замещенных 6,6-диметил-5-оксо-За,4,5,6-тетрагидропирроло[1,2-Ь]йзоксазол-2-карбоновых кислот 154 (Схема 67). Смеси полученных.региоизомеров разделить не удается вследствие того, что они оказались хроматографически однородными. Строение полученных циклоаддуктов подтверждается спектрами ЯМР Н, в которых группа С4Нг представлена в виде дублета дублетов, что свидетельст- вует об образовании асимметрического центра в молекуле. В спектре ЯМР 13С сигнал атома С3а находится в области 72-75 м.д., сигналы атомов С2 и С3 при двойной связи наблюдаются в области 105-116 м.д. и 151-158 м.д., что указывает на образование изоксазолинового цикла. Схема 67 Интересно отметить, что в случае трифторметилзамещенного 19Ь и фенил-замещенного 19а пирролинов преобладающими оказываются разные региоизо-меры. Так, в первом случае основным продуктом реакции является изомер 154Ь, а во втором — изомер 153а. Этот факт дает дополнительные основания утверждать, что реакция подчиняется влиянию орбитального контроля, а не зарядового, поскольку в последнем случае для пирролина 19Ь следовало бы ожидать преимущественного образования другого региоизомера и, следовательно, происходит как синхронный процесс. 2.3 Взаимодействие производных 2,4-дигидро-3#-пиррол-3-он-1-оксида с бензальдегидом98 Ранее было показано, что взаимодействие производных пирролина 19а,с с бензальдегидом в щелочной среде приводит к образованию продуктов конденсации двух молекул производного пирролина с одной молекулой бензальдегида 20а,с.3 Аналогичное превращение наблюдалось и в случае 3-фенил-(4#)-изоксазол-5-она 1а (см. схему 10).
Причем, в последнем случае было выделено и промежуточное соединение - продукт кротоновой конденсации, который далее вводили в реакцию с избытком 1а. Дальнейшие превращения димеров 20 в работе3 не изучалось, хотя можно полагать, что в результате окисления димеров 20 могли бы образовываться соответствующие радикалы 155, которые, безусловно, представляли бы интерес в качестве парамагнитных лигандов («мое- тиков», эффективно передающих спиновую плотность) для создания новых магнитных материалов (Схема 68). В связи с этим, в настоящей работе было продолжено изучение реакции конденсации производных пирролина 19 с бензальдегидом в щелочной среде. Было показано, что качественный и количественный состав конечной реакционной смеси существенным образом зависит от условий проведения реакции, в частности, от количества катализатора - метилата натрия и от времени протекания реакции (Схема 68). Реакция осложняется легкостью окисления как исходных пирролинов 19 в димеры 156,6 так и продуктов, образующихся в результате реакций конденсации. Из реакционной смеси, образующейся при взаимодействии пирролинов 19 с бензальдегидом в атмосфере аргона, были выделены продукты конденсации кротонового типа 21, а также соединения 20, образующиеся в результате дальнейшего присоединения аниона пирролина 19 к продуктам кротоновой конденсации 21 (Схема 68). Соотношение продуктов 20 и 21 зависит от времени проведения реакции. Так, согласно данным ТСХ реакционной смеси, первоначально происходит накопление соединения 21, которое далее расходуется на образование продукта 20. Поскольку реакция конденсации обратима, в определенный момент количество продукта 20 начинает уменьшаться, при этом наблюдается увеличение количества образующегося соединения 21. Обратимость образования продукта конденсации двух молекул пирролина и одной молекулы бензаль-дегида иллюстрируется также неустойчивостью данных соединений к нагре- ванию. Так, в процессе перекристаллизации соединение 20 разлагается с образованием соединений 21 и димеров 156. (Схема 68).
Взаимодействие производных 2,4-дигидро-3#-пиррол-3-он-1-оксида с активированными алкинами
Синтез циклоаддуктов 151 (общая методика). Раствор 0.5 ммоль пирро-лина 19a-d и 0.6 ммоль DMAD в 3 мл хлороформа выдерживали при комнатной температуре в течение 36 часов для 151а или при температуре 70 С в течение 24 ч для 151Ь, 36 ч для 151с, 16 ч для 151d. Реакцию проводили в атмосфере аргона. Раствор упаривали и продукт очищали хроматографически на силикагеле. Элю-ент - хлороформ (для 151b,c,d) или смесь гексан-эфир (2:1) (для 151а). Выход димеров 152 зависел от качества дегазации реакционной смеси. Их строение установлено сравнением спектральных характеристик с литературными данными.6 За,6,6-Триметил-5-оксо-За,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-Ь]изоксазол-2,3-дикарбоновой кислоты диметиловый эфир 151а: выход 50 %. 6,6-Диметил-5-оксо-За-трифторметил-За,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-Ь]изоксазол-2,3-дикарбоновой кислоты диметиловый эфир 151b: выход 57 %. За-7/гет-бутил-6,6-диметил-5-оксо-За,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-Ь]-изоксазол-2,3-дикарбоновой кислоты диметиловый эфир 151с выход 30 %. За-Фенил-6,6-диметил-5-оксо-За,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-Ь]изок-сазол-2,3-дикарбоновой кислоты диметиловый эфир 151d: выход 56 %. Синтез циклоаддуктов 153 и 154 (общая методика). Раствор 100 мг пир-ролина 19а,Ь и 0.5 мл этилпропиолата или метилпропиолата в 0.5 мл хлороформа выдерживали при температуре 70 С в течение двух суток. Реакцию проводили в атмосфере аргона. Раствор упаривали и полученную смесь региоизомеров 153 и 154 очищали хроматографически на силикагеле. Элюент - хлороформ. Метиловый эфир 6,6-диметил-5-оксо-За-фенил-За,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-Ь]изоксазол-3-карбоновой кислоты 153am и метиловый эфир 6,6-диметил-5-оксо-За-фенил-За,4,5,6-тетрагидропирроло[1,2-Ь]изоксазол 2-карбоновой кислоты 154am: выход смеси региоизомеров 77 %. 153am : 154am = 1 : 0.14 (по данным ЯМР Н). Этиловый эфир 6,6-диметил-5-оксо-За-фенил-За,4,5,6-тетрагидро-пирроло[1,2-Ь]изоксазол-3-карбоновой кислоты 153ае и этиловый эфир 6,6-диметил-5-оксо-За-фенил-За,4,5,6-тетрагидропирроло[1,2-Ь]изоксазол-2-кар-боновой кислоты 154ае: выход смеси региоизомеров 80 %. 153ае : 154ае = 1 : 0.10 (по данным ЯМР (Н).
Метиловый эфир 6,6-диметил-5-оксо-За-(трифторметил)-За,4,5,6-тетрагидропирроло[1,2-Ь]изоксазол-3-карбоновой кислоты 153bm и метиловый эфир 6,6-диметил-5-оксо-За-(трифторметил)-За,4,5,6-тетрагидропирро-ло[1,2-Ь]изоксазол-2-карбоновой кислоты 154bm: выход смеси региоизомеров 61 %. 153bm : 154bm = 0.21 : 1 (по данным ЯМР Н). Этиловый эфир 6,6-диметил-5-оксо-За-(трифторметил)-За,4,5,6-тетрагидропирроло[1,2-Ь]изоксазол-3-карбоновой кислоты 153Ье и этиловый эфир 6,6-диметил-5-оксо-За-(трифторметил)-За,4,5,6-тетрагидропирро- ло[1,2-Ь]изоксазол-2-карбоновой кислоты 154be: выход смеси региоизомеров 63 %. 153be : 154Ье = 0.45 : 1 (по данным ЯМР !Н). Взаимодействие пирролинов 19 с бензальдегидом (общая методика). Раствор 1.0 ммоль пирролина 19, 0.16 мл (1.5 ммоль) бензальдегида и MeONa (количество указано ниже) в 6 мл метанола выдерживали при комнатной температуре указанное время, затем упаривали. Остаток разбавляли 4 мл воды, экстрагировали эфиром (в случае соединения 20а раствор был подкислен 5% НС1 до рН 6 перед экстракцией), экстракт упаривали. Для выделения 20а,Ь остаток растирали с небольшим количеством хлороформа, полученный осадок 20а,Ь отфильтровывали. Соединения 21а,Ь, 159, 160а,Ь выделяли из фильтрата хроматографически как указано ниже. 4-{[2Д-Диметил-1-оксидо-3-оксо-5-фенил-2,4-дигидро-3/7-пиррол-4-ил) (фенил)метил}-2,2-диметил-5-фенил-2,4-дигидро-ЗДг-пиррол-3-он-1-ок:сид 20а. Для получения соединения 20а брали 0.054 г (1.0 ммоль) MeONa, реакционную смесь выдерживали в течение 5 ч в атмосфере аргона. Выход 70 %. 4-{[2,2-Диметил-1-оксид-3-оксо-5-(трифторметил)-2,4-дигидро-ЗіУ-пир-рол-4-ил](фенил)метил}-2,2-диметил-5-(трифторметил)-2,4-дигидро-3//-пир-рол-З-он-1-оксид 20Ь. Для получения соединения 20Ь брали 0.027 г (0.5 ммоль) MeONa, реакционную смесь выдерживали в течение 24 ч в атмосфере аргона. Выход 60 %. 4-Бензилиден-2,2-диметил-5-фенил-2,4-дигидро-3//-пиррол-3-он-1-окснд 21а. Для получения соединения 2Га брали 0.027 г (0.5 ммоль) MeONa, реакционную смесь выдерживали в течение 48 ч в атмосфере аргона. Продукт очищали хроматографированием на AI2O3, элюент - СНСІз, затем на силикагеле, элюент -смесь бензола с эфиром (4:1). Изомер А выделяли перекристаллизацией из смеси гексана с этилацетатом (1 : 1). Выход смеси изомеров 25 %. (4 )-4-Бензилиден-2,2-диметил-5-(трифторметил)-2,4-дигидро-ЗЛг-пир-рол-З-он-1-оксид 21b. Для получения соединения 21b брали 0.027 г (0.5 ммоль) MeONa, реакционную смесь выдерживали в течение 48 ч в атмосфере аргона. Продукт очищали хроматографированием на силикагеле, элюент - смесь СНС13 с метанолом (30:1). Выход: 30 %. 3,ЗД0,10-Тетраметил-6-окса-1,3,8-трифенил-2,9-диазаспиро[4.1.4.1]доде-ка-1,8-диен-4,11-дион-2,9-диоксид 159. Для получения соединения 159 брали 0.027 г (0.5 ммоль) MeONa, реакционную смесь выдерживали в течение 48 ч в присутствии кислорода воздуха. Продукт очищали хроматографированием на силикагеле, элюент-СНСІз- Выход: 10 %. За,6а-Дигидрокси-5 ,5 ,6,6-тетраметил-2 ,3,4-трифенил-3,За,6,6а-тетрагид-роспиро[фуро[2,3-с]пиррол-2,3 -пиррол]-4 (5 Н)-он-1 ,5-диоксид 160а. Для получения соединения 160а брали 0.184 г (3.4 ммоль) MeONa, реакционную смесь выдерживали в течение 48 ч в присутствии кислорода воздуха. Продукт выделяли хроматографированием на силикагеле, элюент - СНСЬ, смесь СНС13 с метанолом (25 : 1), затем очищали перекристаллизацией из смеси этилацетата с метанолом. Выход: 6 %. За а-Дигидрокси іб -тетраметил-З-фенил -бис рифторметил)-3,За,6,6а-тетрагидроспиро[фуро[2,3-с]пиррол-2,3 -пиррол]-4 (5?//)-он-1 ,5-ди-оксид 160Ь. Для получения соединения 160Ь брали 0.184 г (3.4 ммоль) MeONa, реакционную смесь выдерживали в течение 48 ч в присутствии кислорода воздуха.
Продукт выделяли хроматографированием на силикагеле, элюент - СНСЬ, смесь СНСЬ с метанолом (20:1), затем очищали перекристаллизацией из ацето-нитрила. Выход: 12 %. 4-Бензил-1-гидрокси-2,2-диметил-5-фенил-1,2-дигидро-3#-пиррол-3-он 157 и 4-бензил-2,2-диметил-5-фенил-1,2-дигидро-3#-пиррол-3-он 158. 0.08 Г (0.27 ммоль) смеси изомеров 21а гидрировали в метаноле над Pd/C в течение 1 ч при атмосферном давлении. Катализатор отфильтровывали, раствор упаривали. Соединения 157 и 158 разделяли хроматографически на силикагеле, элюент - смесь гексана с эфиром (1 : 1), эфир. Выход соединений 157 и 158: 0.03 г (36 %) и 0.02 г (27 %) соответственно. Взаимодействие 5-[(2,2-диметил-4,6-диоксо-1,3-диоксан-5-ил)(фенил)-метил]-2,2-диметил-1,3-диоксан-4,6-диона 162 с кислородом воздуха. К раствору 0.03 г (0.08 ммоль) соединения 162 в метаноле прибавили MeONa до рН=8-9 и пропускали ток воздуха в течение 72 ч. Согласно данным ТСХ, превращение исходного соединения, в условиях реакции, не происходит. 3.1.4 Окислительные превращения производных 4-{[2,2-диметил-1-оксидо-3-оксо-2,4-дигидро-ЗЛ-пиррол-4-ил](фенил)метил}-2,2-диметил-2,4-дигидро-ЗізГ-пиррол-3-он-І-оксида. 3,3,10Д0-Тетраметил-6-фенил-1,8-бис(трифторметил)-12,13-диокса-2,9-диазадиспиро[4.1.4.2]тридека-1,8-диен-4,11-дион 2,9-диоксид 163. К раствору 0.1 г (0.21 ммоль) соединения 20Ь в 25 мл эфира прибавили 0.45 г РЬОг и перемешивали 1 ч. Остаток окислителя отфильтровывали, раствор упаривали. Соединение 163 кристаллизовалось при растирании остатка в смеси гексан-эфир (20 : 1). Выход: 0.02 г (22 %). 4-[Фенил(5,5-диметил-2-фенил-1-оксид-4-оксо-4,5-дигидро-ЗЯ-пиррол-3-илиден)метил]-1-оксил-2,2-диметил-5-фенил-1,2-дигидро-ЗЯ-пиррол-3-он 165а и 4-[фенил(5,5-диметил-2-(трифторметил)-1-оксид-4-оксо-4,5-дигидро-3#-пиррол-3-илиден)метил]-1-оксил-2,2-диметил-5-(трифторметил)-1,2-ди-гидро-ЗЯ-пиррол-3-он 165Ь (общая методика). К раствору соединения 20 (0.3 ммоль) в 25 мл безводного эфира прибавили 0.45 г РЬОт и перемешивали 0.5 ч для 20а и 2.5 ч для 20Ь. Избыток окислителя отфильтровывали, раствор упаривали. Радикал 165 кристаллизовался при добавлении гексана. Выход соединения 165а - 59 %, 165Ь - 30 %. 4-[Фенил(5,5-диметил-2-фенил-1-оксид-4-оксо-4,5-дигидро-ЗЯ-пиррол-3-илиден)метил]-2,2-диметил-5-фенил-3-оксо-2,3-ДИГИдро-1Д-пиррол-1-олат калия 166а-К и 4-[фенил(5,5-диметил-2-(трифторметил)-1-оксид-4-оксо-4,5-дигидро-3//-пиррол-3-илиден)метил]- 2,2-диметил-5-(трифторметил)-3-оксо- 2,3-дигидро-1#-пиррол-1-олат калия 166b-K (общая методика).
