КАРБОНОВІ КИСЛОТИ НА ОСНОВІ ЕНДИКОВОГО ІМІДУ В РЕАКЦІЯХ З П-БРОМФЕНІЛАЗИДОМ
Напрямок: 9.01 ХІМІЯ
Ключові слова: ЕНДИКОВИЙ АНГІДРИД, ІМІДОКИСЛОТИ, АРИЛАЗИДИ, АЗИРИДИНИ, ЯМР
ВСТУП
Взаємодію органічних азидів з ненасиченими сполуками використовують в органічній хімії для побудови різноманітних гетероциклічних систем, зокрема три - та п’ятичленних нітрогенвмісних гетероциклів[1],[2]. Особливо високу реакційну здатність відносно азидів виявляють похідні норборнена – сполуки з напруженим подвійним зв’язком. Реакція норборненів з арилазидами перебігає за механізмом узгодженого [3+2]-циклоприєднання і здебільшого приводить до відповідних триазолінів[3],[4]; в той же час продуктами реакцій з сульфоніл-, ацилазидами та іншими сполуками з електроноакцепторною групою при азидній функції є відповідні азиридини чи продукти їх подальшого перетворення2,[5],[6].
Ендиковий ангідрид (І) посідає особливе місце серед похідних норборнену, оскільки він є біфункціональною високореакційноздатною речовиною, яку до того ж можна одержувати у промислових масштабах з малеїнового ангідриду та циклопентадієну. Однак реакції похідних ендикового ангідриду з азидами досі були вивчені недостатньо[7],[8], що й визначило мету нашого дослідження.
За об’єкти дослідження ми обрали (4-азатрицикло[5.2.1.02-ендо,6-ендо]дец-8-ен-3,5-діон-4-іл)карбонові кислоти (ІІа-е) – продукти конденсації ендикового ангідриду з аліфатичними амінокислотами, зокрема, гліцином, α- та β‑аланінами, ε‑амінокапроновою, аспарагіновою та глутаміновою кислотами.
ОСНОВНА ЧАСТИНА
Вихідні амінокислоти, в тому числі невідому раніше (ІІг), синтезували за нещодавно розробленою[9] методикою з високим виходом і ступенем чистоти кип’ятінням еквімольних кількостей ендикового ангідриду та відповідної амінокислоти у крижаній оцтовій кислоті.
Одержані кислоти вводили у реакцію з п-бромфенілазидом. Взаємодію азиду зі сполуками (ІІа-е) проводили при кип’ятінні еквімольних кількостей реагентів у сухому хлороформі. При цьому можна було очікувати утворення відповідних триазолінів за схемою
.
Однак єдиними продуктами реакції, одержаними з добрими виходами, виявилися відповідні азиридини (ІІІа-е):
Азиридинова структура синтезованих сполук була доведена аналізом їх спектрів ПМР. Основною відмінністю між спектрами триазолінів та азиридинів є положення та мультиплетність сигналів протонів гетероциклічного фрагменту, тобто Н8 та Н10 для азиридину. У спектрах азиридинів завдяки високій симетрії молекул протони Н8 та Н10 еквівалентні та резонують в області 3,0 – 3,1 м. ч. При цьому розщеплення на передмісткових протонах Н1 та Н7 відсутнє, що свідчить про їх ендо-орієнтацію відповідно до відомого правила екзо-атаки Альдера[10],[11]. Додатково підтверджує екзо-орієнтацію гетероциклічного фрагменту відносно біциклічного каркасу істотна нееквівалентність сигналів протонів містка та зсув одного з них (Н11а) у сильне поле порівняно з його положенням у спектрі вихідного олефіну, викликаний тим, що цей протон розташований безпосередньо над площиною азиридинового циклу і зазнає сильного магнітно-анізотропного впливу цього фрагменту.
Молекули триазолінів подібної структури характеризуються нееквівалентністю парних протонів каркасу, найбільш істотною для протонів Н2,Н6 гетероциклічного фрагменту, які у сполуці (IV) резонують при 4,63 та 3,84 м. ч. відповідно; їх спін-спінова взаємодія має досить типову[12] КССВ близько 9,0 Гц.
Досі утворення азиридинового циклу в реакціях похідних норборнена з арилазидами було зафіксовано лише при проведенні реакції у спеціальних умовах: при термолізі, коли трансформувалися стабільні за звичайних умов продукти [3+2]-циклоприєднання, в умовах ультрафіолетового опромінення реакційної суміші та як наслідок ацидолізу тріазолінів сильними кислотами1,2.
Ми пропонуємо таку схему механізму утворення азиридинів (ІІІа-е) при ацидолізі триазолінів:
Одержані результати дозволяють припустити, що утворення азиридинового циклу відбувається за безпосередньої участі карбоксильної групи. Через конформаційну жорсткість біциклічного каркасу та просторове зближення гетероциклічного фрагменту та карбоксильної групи її участь в утворенні азиридинового циклу може мати так само міжмолекулярний, як і внутрішньомолекулярний характер.
Таким чином, дослідження реакцій (3,5-діоксо-4-азатрицикло[5.2.1.02‑ендо,6-ендо]дец-8-ен-4-іл)карбонових кислот з п‑бромфенілазидом виявило нестандартний шлях їхнього протікання і дозволило запропонувати простий спосіб для введення азиридинового фрагменту до молекул поліциклічних каркасних сполук.
Для характеристики синтезованих нових сполук (ІІІа-е) наводимо таблицю:
| Вихід | Т. пл., ºС |
IIIа | 88,4 | 264-265 |
IIIб | 85,5 | 195-198 |
IIIв | 72,7 | 220-222 |
IIIг | 71,9 | 129-130 |
IIIд | 64,3 | 154-155 |
IIIе | 84,3 | 216-220 |
ВИСНОВКИ
1. Розроблено методики синтезу нових трициклічних імідокислот на основі норборнена, що включають азиридиновий фрагмент і залишки гліцину, α‑ та β‑аланіну, ε-амінокапронової, аспарагінової та глутамінової кислот.
2. Запропоновано схему механізму розпаду триазолінів, що містять карбоксильну функцію.
3. Структуру одержаних сполук доведено за допомогою спектрів ПМР.
4. Результати роботи можуть бути використані для дослідження біологічної активності синтезованих речовин, а також для створення практично корисних у фармацевтичній хімії сполук.
СПИСОК ПОСИЛАНЬ
[1] L’abbe, G. Decomposition and addition reactions of organic azides / G. L’abbe // Chem. Rev. – 1969. – Vol. 69, № 3. – P.345-363.
[2] Scriven, E. F. V. Azides: Their preparation and synthetic uses / E. F. V. Scriven, K. Turnbull // Chem. Rev. – 1988. – Vol. 88, № 3. – P.297-368.
[3] Самуилов, Я. Д. Реакционная способность замещенных норборненов в реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения с арилазидами / Я. Д. Самуилов, А. И. Мовчан, Л. В. Коношенко, В. В. Племенков, А. И. Коновалов // Журн. орган. химии. – 1981. – Т. 17, вып. 8. – С. .
[4] Oakland, J. S. Studies in the Norbornene Series. Part II. Synthesis and Reactions Some Norbornanes carrying Fused Heterocycles / J. S. Oakland, F. Scheinmann // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. – 1973. – № 4. – P. 800-806.
[5] Da Silva, A. E. Synthesis and characterization of exo-endo and endo-endo benzenesulfonilaziridines / A. E. Da Silva, R. J. Nunes, M. Uieara // mun. – 2004. – Vol. 34, № 17. – P. .
[6] Zalkow, L. H. The reaction of benzenesulfonyl azide with bicyclo[2.2.1]-2-heptene / L. H. Zalkow, A. C. Oehlschlager // J. Org. Chem. –1963. – Vol. 28 – Р. .
[7] Тарабара, И. Н. Взаимодействие имидов ряда норборнена с ароматическими азидами / И. Н. Тарабара, А. О. Касьян, М. Ю. Яровой, С. В. Шишкина, О. В. Шишкин, Л. И. Касьян // Журн. орган. химии. – 2004. – Т. 40., вып. 7. – С. .
[8] Oehlschlager, A. C. Evidence for the formation of exo and endo aziridines in the reaction of cis-endo and cis-exo-bicyclo[2.2.1]-5-heptene-2,3-dicarboxylic anhydride and benzenesulfonil azide / A. C. Oehlschlager, L. H. Zalkow // Can. J. Chem. – 1969. – Vol. 47. Р. 461-465.
[9] Тарабара, И. Н. Новые мочевины с норборненовым фрагментом / И. Н. Тарабара, Я. С. Бондаренко, Л. И. Касьян // Вопр. химии и хим. технологии. – 2004. – № 3. – С. 45-49.
[10] Онищенко, А. С. Диеновый синтез / А. С. Онищенко. – М., 1963. – 650 с.
[11] Klumpp, C. W. Die Chemie der in 7-Stellung substituierten Norbornadiene; eine Untersuchung des sterischen Verlaufs einiger Additions-Reaktionen ungesattigter Bicyclo[2.2.1]heptanderivate und über den Gultigkeitsbereich der Alderschen exo-Regel / C. W. Klumpp, A. H. Veefkind, W. L. De Graaf, F. Bichelhanpt // Ann. Chem. – 1967. – Bd. 706. – S. 47-67.
[12] Halton, B. The formation and decomposition of Δ2-triazolines derived from bicycle[2.2.1]heptadienes / B. Halton, A. D. Woolhouse // Aust. J. Chem. – 1973. – Vol. 26. – Р. 619-627.
