Публикация доступна для обсуждения в рамках функционирования постоянно
действующей интернет-конференции “Бутлеровские чтения”. http:///readings/
Поступила в редакцию 15 февраля 2016 г. УДК 547.917.
Реакция Михаэля левоглюкозенона
и его б-бромпроизводного с нитроалканами
© Файзуллина+ Лилия Халитовна, ,
, и Валеев* Фарид Абдуллович
ФГБУН Уфимский институт химии Российской Академии наук. просп. Октября, 71. г. Уфа, 450054. Россия. Факс: (347) 235 60 66. E-mail: *****@***ru
_______________________________________________
*Ведущий направление; +Поддерживающий переписку
Ключевые слова: левоглюкозенон, 1,6-ангидросахар, иридоиды, аддукты Дильса-Альдера, циклопентаноиды, нитросоединения, реакция Михаэля.
Аннотация
Разработаны условия взаимодействия левоглюкозенона с 1-, 2-нитропропанами и нитро-н-гекса-ном в толуоле под действием K2CO3 в присутствии тетрабутиламмоний гидроксида; реакция 3-бром-3-бутен-2-она и б-бром-левоглюкозенона с 2,2-диметил-1,3-динитропропаном и метиловым эфиром 5,5-диметил-4,6-динитро-капроновой кислоты приводят к образованию 3-ацетил-4-нитро-5,5-диметилцик-лопент-1-ена и метил 3-[(1S,2R,3S,8R)-4,4-диметил-3-нитро-7-оксо-9,11-диоксатрицикло-[6.2.1.02,6]-ун-дец-5-ен-5-ил]-пропионата.
Результаты и их обсуждение
Нитрометан взаимодействует с левоглюкозеноном и в зависимости от соотношения взаимодействующих реактантов дает ″2:1″ и ″1:2″-аддукты [1]. Реакции левоглюкозенона с гомологами нитрометана не известны. Ранее мы изучили реакцию Михаэля левоглюкозенона, его α-бром - и - иодпроизводных [2, 3] с α,щ-динитросоединениями в условиях химической и электрохимической генерации основания [4, 5].
В продолжении этих работ мы изучили реакцию мононитросоединений с левоглюкозе-ноном и его б-галоидпроизводными в толуоле под действием K2CO3 в присутствии тетрабу-тиламмоний гидроксида (ТБА-ОН)
Как и следовало ожидать, взаимодействие левоглюкозенона 1 с мононитросоединениями в толуоле в присутствии поташа и каталитического количества ТБА-ОН привело к образо-ванию диастереомерных аддуктов Михаэля 2-4.
Схема 1
Реакция б-бромпроизводного левоглюкозенона с мононитросоединениями независимо от температуры, продолжительности или действия ультразвука сопровождалась осмолением реакционной смеси с образованием трудноидентифицируемых продуктов реакций.
Нами показано, что реакция циклопентааннелирования свойственна циклическим б-га-лоиденонам [4-7]. Для выяснения возможностей этого превращения в реакцию вовлекли ли-нейный 3-бром-3-бутен-2-он (6), полученный аналогично методике синтеза б-бромлевоглю-козенона [2]. Реакцию проводили в толуоле под действием ультразвука [5], в результате выделили 3-ацетил-4-нитро-5,5-диметилциклопент-1-ен (7). В отличие от циклических б-га-лоиденонов [4-7], реакция завершилась через 5 минут с образованием только одного соеди-нения – циклопентена 7, который удалось выделить с выходом 20%. Небольшие выходы объясняются высокой летучестью циклопентена 7.
Схема 2
Для получения алкилированного циклопентена в реакцию с б-бромлевоглюкозеноном (8) ввели метиловый эфир 5,5-диметил-4,6-динитрокапроновой кислоты. В результате превра-щения получили трициклический метилпропионат 10.
Схема 3
Реакция осложняется образованием енона 9 [8] который, вероятно, образуется в резуль-тате ретропревращения из метилового эфира 5,5-диметил-4,6-динитрокапроновой кислоты. Опираясь на предложенный ранее механизм [6] можно объяснить получение енона 10.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н и 13С записывали на спектрометре Bruker AM-300 с рабочими частотами 300 (1Н) и 75.47 МГц (13С) соответственно и спектрометре Bruker Avance III, 500 МГц, растворитель CDCl3, использование других растворителей указано в каждом конкретном случае. Для аналитической ТСХ применяли пластины Sorbfil марки ПТСХ-АФ-А, изготовитель (г. Краснодар). Температуры плавления измеряли на приборе Boлtius РНМК 05. Элементный анализ проводили на СНNS(O)-анализаторе Евро-2000. Углы оптического вращения измеряли на поляриметре Perkin Elmer-341. Мононитросоединения получены из соответствующих галогенпроизводных по [9].
Общая методика реакции Михаэля левоглюкозенона с мононитросоединениями. К раствору 1.6 ммоль левоглюкозенона 1 в 3 мл толуола при комнатной температуре добавили 3.2 ммоль моно-нитросоединения, 9.8 ммоль К2СО3 и каталитические количества ТБАОН (тетрабутиламмоний гидроксид). Реакционную массу перемешивали при комнатной температуре в течение 15 минут (контроль по ТСХ). После отгонки растворителя остаток хроматографировали на колонке с SiO2.
(1S,2S,5R)-2-(Нитропропил)-6,8-диоксабицикло[3.2.1]октан-4-он (2а, b). Выход 20%. Желтое маслообразное вещество. Rf 0.6 (петролейный эфир-этилацетат, 3:1). Спектр 1Н ЯМР (СDСl3) д: 0.95, 2.01, 2.20, 2.65, 2.82, 4.05, 4.61, 4.72, 5.11. Спектр 13С ЯМР: 9.99 (Ме), 24.76 (CН2), 32.76 (С3), 43.93 (С2), 67.82 (C7), 73.19 (С1), 90.21 (С1’), 101.40 (С5), 197.86 (С=О). Найдено, %: С 50.19, Н 6.01. C9H13NO5. Вычислено, %: С 50.23, H 6.05.
(1S,2S,5R)-2-(1-Метил-1-нитроэтил)-6,8-диоксабицикло[3.2.1]октан-4-он (3). Выход 68%. Желтое маслообразное вещество: Rf 0.6 (петролейный эфир-этилацетат, 3:1). Спектр 1Н ЯМР (СDСl3) д: 1.52, 2.23, 2.71, 2.91, 4.00, 4.65, 5.12. Спектр 13С ЯМР: 23.62 (Ме), 23.74 (Ме), 32.62 (С3), 47.44 (С2), 68.95 (C7), 72.94 (С1), 91.24 (С1’), 100.78 (С5), 198.51 (С=О). Найдено, %: С 50.10, Н 6.42. C9H14NO5. Вычислено, %: С 50.00, H 6.48.
(1S,2S,5R)-2-(1-Нитропентил)-6,8-диоксабицикло[3.2.1]октан-4-он (4а, b). Выход 57%. Желтое маслообразное вещество: Rf 0.7 (петролейный эфир-этилацетат, 3:1). Спектр 1Н ЯМР (СDСl3) д: 0.80, 1.25, 1.85, 2.20, 2.62, 2.80, 4.01, 4.42, 4.60, 5.09. Спектр 13С ЯМР: 13.71 (Ме), 22.12, 25.09, 30.80, 32.70 (CH2), 33.75 (С3), 43.81 (С2), 67.68 (C7), 73.14 (С1), 89.89 (С1’), 101.25 (С5), 197.13 (С=О). Найдено, %: С 55.90, Н 7.09. C12H19NO5. Вычислено, %: С 55.96, H 7.38.
3-Бром-3-ен-2-бутанон (6). К раствору 3.0 г (0.04 моль) 3-бутен-2-она 5 в 10 мл СН2Сl2, охлажденному до 0 оС, медленно по каплям добавили 6.4 г (0.04 моль) Br2 и 3.6 мл Py. Перемешивали 30 мин, поддерживая температуру постоянной. После окончания реакции (контроль по ТСХ), реакционную массу разбавили 7 мл 10%-ным водным раствором NaOH, экстрагировали СН2Сl2 (3х20 мл). Объединенные органические слои промыли водой (3х10 мл), сушили над MgSO4. Растворитель отогнали, остаток хроматографировали. Выход 6.1 г (95%). Rf 0.6 (петролейный эфир–EtOAc, 6:1). Спектр ЯМР 13С, δ, м. д.: 47.20 (Ме), 129.46 (=СН2), 131.74 (BrC=CH2), 198.42 (C=O).
1-(5,5-Диметил-4-нитроциклопент-1-ен-1-ил)этанон (7). К раствору 0.17 г (1.0 ммоль) соеди-нения 6 в 8 мл толуола при комнатной температуре добавили 0.20 г (1.2 ммоль) 2,2-диметил-1,3-динитропропана, 0.66 г (5.0 ммоль) К2СО3 и каталитические количества дигексил-18-краун-6. Облу-чали на ультразвуковом генераторе (УЗДН-2Т: на диапазоне 44 Гц и при мощности тока 80 мА) в течение 10 минут (контроль по ТСХ). После отгонки растворителя остаток хроматографировали. Вы-ход 0.04 г (20%). Rf 0.3 (петролейный эфир – EtOAc, 6:1). Спектр ЯМР 1Н, д, м. д.: 1.11 с (3Н, СН3), 1.40 с (3Н, СН3), 2.30 с (3Н, СН3), 3.00 д. д.д. (1Н, Н3А, J 1.6, 6.4, 8.0, 5.7 Гц), 3.35 д. д (1Н, Н3В, J 1.6, 1.6, 4.1, 5.7 Гц), 4.81 д. д (1Н, Н4, J 4.1, 5.7, 8.0 6.4 Гц), 6.35 д (1Н, Н2, J 1.6 Гц). Спектр ЯМР 13С, δ, м. д.: 21.29 (СН3), 26.35 (СН3), 27.30 (СН3), 33.75 (С3), 50.70 (С5), 92.52 (С4), 139.22 (C1), 147.73 (С2), 195.84 (С=О). Найдено, %: С 59.17, Н 7.08. С9Н13NО3. Вычислено, %: С 59.02, Н 7.10.
(1S,2R,3RS,5R)-3-Бром-6,8-диоксабицикло[3.2.1]октан-4-он (8). Был получен согласно мето-дике [2].
(1S,2R,3S,8R)-4,4-Диметил-3-нитро-9,11-диоксатрицикло-[6.2.1.02,6]-ундец-5-ен-7-он (9) и метил 3-[(1S,2R,3S,8R)-4,4-диметил-3-нитро-7-оксо-9,11-диоксатрицикло-[6.2.1.02,6]-ундец-5-ен-5-ил]про-пионат (10). К раствору 0.2 г (0.98 ммоль) α-бромлевоглюкозенона 8 в 10 мл толуола при комнатной температуре добавили 0.29 г (1.2 ммоль) нитросоединения, 0.69 г (4.9 ммоль) К2СО3 и каталитические количества дигексил-18-краун-6. Перемешивали на ультразвуке в течение 4-х ч (контроль по ТСХ). Реакционную массу отфильтровали на фильтре Шотта, концентрировали, остаток хроматографиро-вали.
Соединение 9: Выход 0.05 г (30%). Физико-химические характеристики полученного соедине-ния соответствуют литературным данным [4].
Соединение 10: Выход 0.08 г (35%). Маслообразное вещество. Rf 0.3 (петролейный эфир:EtOAc, 3:1). Спектр ЯМР 1Н, δ, м. д.: 1.1 c (3H, CH3), 1.22 м (4Н, СН2), 1.5 c (3H, CH3), 3.63 c (3H, CH3), 3.7 д. д (1H, H2, J 10.1 Гц), 3.84 д. д (1H, H 10экзо, J 7.3, 4.4 Гц), 3.98 д (1H, H10эндо, J 7.3 Гц), 4.72 д (1H, H1, J 4.4 Гц), 5.18 c (1H, H8). Cпектр ЯМР 13С, δ, м. д.: 19.39 (CH3), 26.38 (CH3), 52.48 (CH3), 27.44 (СН2), 27.97 (СН2), 47.42 (C2), 48.48 (C4), 70.86 (C10), 73.52 (C1), 96.59 (C3), 99.44 (C8), 130.6 (C6), 140.0 (C5), 177.25 (СООМе), 188.32 (C7). Найдено, %:С 55.06; H 5.75. C15H19NO7. Вычислено, %: C 55.38; H 5.84.
Заключение
Левоглюкозенон взаимодействует с мононитросоединениями в толуоле под действием K2CO3 в присутствии тетрабутиламмоний гидроксида и дает аддукты Михаэля.Реакция 3-бром-3-бутен-2-она и б-бромлевоглюкозенона с 2,2-диметил-1,3-динитропропа-ном и метиловым эфиром 5,5-диметил-4,6-динитрокапроновой кислоты приводят к образо-ванию 3-ацетил-4-нитро-5,5-диметилциклопент-1-ена и метил 3-[(1S,2R,3S,8R)-4,4-диметил-3-нитро-7-оксо-9,11-диоксатрицикло-[6.2.1.02,6]-ундец-5-ен-5-ил]пропионата.
Благодарности
Спектры ЯМР записаны на оборудовании ЦКП «Химия» УфИХ РАН.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект «14-03-97007-р_поволжье_а).
Литература
A. C. Forsyth, R. M. Paton, I. Watt. Highly selective base-catalysed additions of nitromethane to levoglucosenone. Tetrahedron Letters. 1989. No.8. P.993-996. D. D. Word, F. Shafizadeh. Bromination of levoglucosenone. Carbohydrate Research. 1981. No.93. P.284-287. , , 3-Иодлевоглюкозенон и хиральный циклопропан. Изв. АН. Сер. хим. 1997. №6. С.1241-1242. , , Валеев б-бром - и - иодпроизводных левоглюкозенона 2,2-диметил-1,3-динитропропаном. Журнал органической химии. 2003. Т.39. №7. С.1119-1120. , , Валеев нитросоединений с левоглюкозеном и с его б-галоид производными. Циклопентааннелирование б-галоид цикленонов. Журнал органической химии. 2010. Т.46. С.897-902. , , Валеев б-бромлевоглюкозенона с 2,2-дизамещенными 1,3-динитропропанами. Журнал органической химии. 2012. Т.43. С.456-459. , , Валеев б-бромпроизводного изолевоглюкозенона и его циклопентааннелирование. Журнал органической химии. 2014. Т.50. С.1333-1338. , , Валеев превращения продукта циклопентааннелирования левоглюкозенона. Бутлеровские сообщения. 2009. Т.13. №3. С.1-6. репаративная органическая химия. М.: Мир. 1999. 526с.In the English version of this article, the Reference Object Identifier – ROI: jbc-02/16-45-2-57
Michael reaction of levoglucosenone and б-bromolevoglucosenone
with nitroalkanes
© Lilia Kh. Faizullina,+ Ilgiz M. Biktagirov, Irina A. Zagreeva,
Mars G. Safarov, and Farid A. Valeev*
Ufa Institute of Chemistry of the Russian Academy of Sciences. Prospect Oktyabrya, 71. Ufa, 450054. Russia.
Fax: +7 (3472) 35-60-66. E-mail: *****@***ru
___________________________________
*Supervising author; +Corresponding author
Keywords: levoglucosenone, 1,6-anhydro sugar, iridoides, Michael reaction, cyclopentanoides.
Abstract
Developed the conditions of interaction of levoglucosenone with 1-, 2-nitropropanes and nitro-n-hexane in toluene under the action K2CO3 in the presence the tetrabutylammonium hydroxide; the reaction 3-bromo-3-buten-2-one and б-bromolevoglucosenone with 2,2-dimethyl-1,3-dinitropropane and 5,5-dimethyl-4,6-dinitrocaproic acid leads to the formation 3-acetyl-4-nitro-5,5-dimethylsyclopent-1-en and methyl 3-[(1S,2R,3S,8R)-4,4-dimethyl-3-nitro-7-oxo-9,11-dioxotricylo-[6.2.1.02,6]-yndec-5-en-5-il]propionate.
