Ткаченко Ігор
Дніпропетровський національний університет
(Хімія)
нові гетероциклічні сполуки
на основі АМІдОКИСЛОТ ряду норборнена
1. Вступ
Органічні сполуки, які містять біциклічні фрагменти норборнена та норборнана, вже кілька десятиліть є об’єктами підвищеної уваги хіміків, і це не випадково. Перш за все, ці каркасні фрагменти є біогенними, тобто вже сама їх присутність у молекулах речовин дозволяє сподіватися на прояв того чи іншого виду біологічної активності. По-друге, наявність таких «жорстких» каркасів і, як наслідок, «закріплена» орієнтація замісника дозволяють оцінювати вплив стереохімічного фактору на напрямок тих або інших трансформацій функціонально заміщених похідних даного ряду. Серед таких сполук особливе місце займає ендиковий ангідрид (ангідрид біцикло[2.2.1]гепт-5-ен-ендо, ендо-2,3-дикарбонової кислоти) – доступність, висока реакційна здатність, присутність кількох реакційних центрів перетворюють його на цінний напівпродукт для органічного синтезу, фармацевтичної хімії та ін. галузей сучасної науки. Серед похідних цього ангідриду амідокислоти – продукти розкриття ангідридного циклу амінами різної природи – вивчено менш докладно, незважаючи на простоту й доступність цих сполук. Найбільш відомою реакцією амідокислот є їх дегідратація, що призводить до утворення імідів. Методи синтезу та практичному застосуваню останіхприсвячено кілька сотен публікацій. Серед інших реакцій досліджено процеси окиснення амідокислот пероксикислотами за напруженим подвійним зв’язком, які переважно перебігають з утворенням продуктів внутрішньо-молекулярної циклізації зі структурою лактонів [1].
Реакції амідокислот з іншими реагентами раніше не вивчались. На наш погляд, серед таких реагентів на особливу увагу заслуговують органічні азиди, які достатньо легко реагують за напруженим подвійним зв’язком і широко застосовуються для отримання нових гетероциклічних систем [2, 3]. Виконані раніше дослідження процесів взаємодії імідів ряду норборнена – продуктів дегідратації амідокислот – з арил - та арилсульфонілазидами показали, що в залежності від типу азиду як основні продукти реакцій утворюються нові гетероциклічні сполуки зі структурою триазоліну або азиридину [4]. Присутність в молекулах амідокислот реакційноздатних груп в ендо-області біциклічного каркасу дозволяла сподіватися на можливість утворення продуктів гетероциклізації в процесі взаємодії з азидами за рахунок внутрішньо-молекулярної атаки цих угрупувань по атомах карбону тричленного циклу, що утворюється; вивчення будови кінцевих і проміжних продуктів цих перетворень дозволяло надіятися на вирішення однієї з основних задач сучасної органічної хімії – встановлення механізму цього перетворення.
Таким чином, основною метою даної роботи було дослідження особливостей взаємодії амідокислот ряду норборнена з органічними азидами. Для досягнення цієї мети використано ряд стандартних та модифікованих методик органічного синтезу, а також сучасні фізико-хімічні методи щодо встановлення будови синтезованих сполук (ІЧ-спектроскопія, спектроскопія ЯМР 1Н, рентгеноструктурний аналіз).
2. Основна частина
Як субстрати в даному дослідженні було обрано ряд амідокислот (1-6), синтезованих за відомою методикою взаємодією еквімольних кількостей ендикового ангідриду й відповідного аміну у бензольному розчині при кімнатній температурі [5]. Як реагенти було обрано тозилазид та п-нітрофенілсульфонілазид, синтезовані за стандартними методиками.
Умови проведення реакцій з азидами варіювались: реакції проводили при кімнатній температурі, при кип’ятінні у хлороформі та при опромінені ультрафіолетовим випромінюванням з мольним відношенням азид:амідокислота як 1 : 1.
Було встановлено, що у випадку амідокислот (1, 2) при використані обох реагентів спостерігалось утворення суміші продуктів, розділити яку вдалося завдяки різній розчинності останніх в органічних розчинниках.
На основі даних ІЧ-спектроскопії, спектроскопії ЯМР 1Н, а також рентгеноструктурного аналізу отриманим продуктам було приписано структуру цвітер-іонів (7-10) і амідолактонів (11-14).
|
Так, в ІЧ-спектрах сполук (7-10) спостерігаються поглинання карбонілу іонізованої карбоксильної групи в області 1695 см-1, та поглинання амонієвого фрагменту при 1600 см-1. На відміну від цього, ІЧ-спектри амідолактонів характеризуються наявністю полоси поглинання лактонного карбонілу при 1772 см-1, та полоси «Амід І» при 1640 см-1. Ключовими сигналами в спектрах ЯМР 1Н, що свідчать про різну структуру отриманих продуктів, є сигнали, які характеризують резонанс протонів при атомах С2 та С3. Так, у спектрах амідолактонів (11-14) ці сигнали представлені синглетом (4,1 м. ч.) та дублетом (4,3 м. ч.) відповідно; для цвітер-іонних структур (7-10) положення сигналу протона при С3 суттєво не змінюється, тоді як протон при С2 резонує в більш сильному полі (2,9-2,8 м. ч.). Остаточний висновок про будову сполук (7-10) було зроблено на підставі даних рентгеноструктурного аналізу сполуки (7) (див. рис.).
Показано, що таким же чином реакція відбувається як при кімнатній температурі, так і за умов опромінення реакційної суміші ультрафіолетовим світлом, але вихід продукту з цвітер-іонною будовою при цьому суттєво зменшується.
Виділення у вільному стані сполук з цвітер-іонною будовою можна вважати фактом достатньо надзвичайним. Дійсно, сполуки схожої будови раніше розглядалися лише як можливі інтермедіати процесів внутрішньо-молекулярної циклізації, що супроводжували реакції окиснення речовин зі спорідненою будовою [6]. На наш погляд, утворення цвітер-іонних структур можна пояснити як наслідок внутрішньо-молекулярної гетероциклізації азиридину, що утворюється проміжно, за наступною схемою:
Структуру (15) можна розглядати як інтермедіат процесу утворення амінолактону. Можливість виділення його у вільному стані ми пов’язуємо з відсутністю достатньої кількості вологи, здатної призвести до гідролізу амонійного фрагменту молекули. Додатково встановлено, що при використанні ацетонітрилу та бензолу як розчинників продукти цвітер-іонного типу не утворюються зовсім.
При проведені реакцій з амідокислотами (3-6) спостерігалось утворення неописаних раніше продуктів (16-25), будову яких доведено за допомогою ІЧ-спектроскопії та спектроскопії ЯМР 1Н; утворення продуктів цвітер-іонного характеру в даному випадку не спостерігалось.
3. Висновки
1. При дослідження процесів взаємодії амідокислот ряду норборнена з арилсульфонілазидами розроблено метод синтезу нових гетерополіциклічних сполук каркасної будови.
2. Встановлено залежність характеру продукта гетероциклізації від типу субстрату та умов проведення реакції.
3. Виділення у вільному стані й дослідження будови інтермедіатів процесу внутрішньо-молекулярної циклізації дозволило запропонувати схему механізму цього перетворення, що має високе значення для теоретичної органічної хімії; завдяки потенційній біологічній активності синтезованих сполук можна сподіватися на їх подальше застосування для створення ефективних лікарських препаратів широкого спектру дії.
Перелік посилань
1. (а) Продукты взаимодействия эндикового ангидрида с циклическими аминами и их гетероциклизация / , , // Журн. орган. химии. – 2006 (у друці); (б) Лактонизация эпоксиэндикового ангидрида в реакциях с аминами / , , // Журн. орган. химии. – 2006. – Т. 42, вып. 4. – С. 519-526.
2. L’abbe G. Decomposition and addition reactions of organic azides // Chem. RevVol. 69, №3. - P. 345-363.
3. Scriven E. F.V., Turnbull K. Azides: Their preparation and synthetic uses // Chem. RevVol. 88, №3. - P. 297-368.
4. Взаимодействие имидов ряда норборнена с ароматическими азидами / , , // Журн. орган. химии. – 2004. – Т. 40, вып. 7. – С. .
5. Крищик ангидрид и его производные. Замыкание и раскрытие кислород - и азотсодержащих циклических систем: Дисс. канд. хим. наук. – Днепропетровск, 2002. – 254 с.
6. О лактонизации амидов ряда норборнена в реакции оксиранирования / , , // Журн. орган. химии. – 1974. – Т. 10, вып. 6. – С. .
