Карбоциклизация аддукта левоглюкозенона и ацетилацетона

УДК 547.917

КАРБОЦИКЛИЗАЦИЯ АДДУКТА ЛЕВОГЛЮКОЗЕНОНА И АЦЕТИЛАЦЕТОНА

© ,+ ,

и *

1 Учреждение Российской академии наук Институт органической химии Уфимского научного центра РАН. Просп. Октября, 71. г. Уфа, 450054. Россия. Факс: [phone]. Е-mail: *****@***ru

_______________________________________________

*Ведущий направление; +Поддерживающий переписку

Ключевые слова: левоглюкозенон, реакция Михаэля, карбоциклизация, альдольная конденсация.

Аннотация

Обнаружен факт внутримолекулярной альдольной конденсации аддукта Михаэля левоглюкозенона и ацетилацетона, сопровождающейся дезацетилированием первоначально образующегося продукта 4,2-циклогексааннелирования.

Введение

Левоглюкозенон 1 активно вступает в реакцию Михаэля с различными нуклеофилами при этом могут образоваться как продукты 1,4-присоединения, так и более глубоких превращений левоглюкозенона [1,2]. Реакция протекает под жестким стереохимическим контролем со стороны 1,6-ангидромостика таким образом, что присоединение нуклеофила происходит с противоположной ему стороны. Взаимодействие с активными карбанионами или гетероатомными 1,3-бинуклеофилами может завершаться 1,2-присоединением к кетогруппе второго эквивалента реагента [3] или, при подходящих условиях, гетероциклизацией первоначально образовавшегося аддукта [4-6]. Нередко реакция Михаэля инициирует тандемные превращения левоглюкозенона [7,8]. Следует отметить, что факты образования карбоциклических производных на основе аддуктов Михаэля не известны. Очевидно, в случае взаимодействия левоглюкозенона с СН-кислотами вероятность аннелирования высока и ее реализация перспективна в плане разработки путей получения хиральных карбоциклических соединений.

Результаты и их обсуждение

Для выяснения возможности внутримолекулярных карбоциклических превращений взаимодействием левоглюкозенона с ацетилацетоном в присутствии каталитических количеств 1,1,3,3-тетраметилгуанидина (TMG) мы получили аддукт Михаэля 2. Помимо этого соединения, наблюдалось образование следовых количеств более полярного по ТСХ продукта.

В спектре ЯМР1Н аддукта 2 КССВ сигналов Н-3b и Н-4, обнаруживаемых при 2.76 м. д. и 2.97 м. д., составляет 7.9 Гц, что, в соответствии с известными закономерностями [9,10], указывает на аксиальную ориентацию присоединенного фрагмента.

Последующая обработка аддукта 2 раствором 7%-ного КОН в EtOH-H2O (2:1) вызвала внутримолекулярную альдольную реакцию, сопровождающуюся дезацетилированием и образованием основного соединения – аннелированного циклогексанона 3 и минорного продукта 4.

В спектре ЯМР 13С аннелированного циклогексанона 3 наиболее характеристичными являются сигналы С-1, С-7 и С-9, обнаруживаемые при 71.90 м. д., 43.86 м. д. и 50.55 м. д. В спектре ЯМР 1Н сигналы б, б'-протонов циклогексанона – Н-9а, Н-9b, Н-7а и Н-7b проявляются при 2.72 м. д., 2.38 м. д., 2.54 м. д. и 2.39 м. д. с одинаковыми Jгем = 16.6 Гц.

При длительном хранении аддукта 2 процесс карбоциклизации – дезацетилирования медленно протекает уже при комнатной температуре. Превращение сопровождается также образованием второго соединения, идентичного по своему хроматографическому поведению минорному продукту, образующемуся по реакции Михаэля, а также альдольной конденсации. Оказалось, что по своим спектральным характеристикам он соответствует структуре первоначально ожидаемого продукта альдольной конденсации 4. Метилкетонный фрагмент в новообразованном цикле ориентирован экваториально, на что указывает малая КССВ протонов Н-6 и Н-7 равная 2.6 Гц в спектре ЯМР1Н, снятом в CDCl3.

Следует отметить, что при замене растворителя на D2О за счет водородных связей происходит достаточно быстрое изменение конформации циклогексанона в форму кресла, что сопровождается эпимеризацией при С-7 и переходом ацетильного фрагмента вновь в экваториальное положение новой конформации.

Представленное превращение является первым случаем спонтанной карбоциклизации аддуктов Михаэля левоглюкозенона и СН-кислот.

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР 1Н и 13С записывали на спектрометре ”Bruker AM-300” с рабочими частотами 300 для 1Н и 75.47 МГц для 13С соответственно. Аналитическую ТСХ осуществляли на пластинах Sorbfil марки ПТСХ-АФ-А, изготовитель (г. Краснодар). Элементный анализ проведен на СНNS(O)-анализаторе Евро-2000. ИК спектры сняты на приборах UR-20 и Specord M-80 (в пленке или в вазелиновом масле). Углы оптического вращения измерены на поляриметре “Perkin-Elmer-341”. Масс-спектры зарегистрированы на хромато-масс-спектрометре Shimadzu-2010EV в режиме ХИАД. Температура плавления измерена на приборе БОЭТИУС РНМК 05.

(1R,4R,5S)-4(2',4'-Диоксопент-3'-ил)-7,8-диоксабицикло[3.2.1]октан-2-он (2). К раствору 0.618 г (4.9 ммоль) левоглюкозенона 1 в 8 мл CH2Cl2 при перемешивании добавили 0.540 г (5.4 ммоль) ацетилацетона и каталитическое количество TMG. Смесь перемешивали до исчезновения исходного (контроль по ТСХ). Затем реакционную массу разбавили водой и экстрагировали CH2Cl2, сушили CаCl2, экстракт упарили, остаток хроматографировали на SiO2. Выделили 0.721 г (66%) аддукта 2. Желтое масло. [α]D20 -128.8є (c 2.0, CHCl3), Rf 0.30 (петролейный эфир - EtOAc, 2:1). Спектр ЯМР1Н, СDCl3, δ, м. д.: 1.93 д (1Н, Н3а, J 17.0 Гц), 2.18 с (3Н, СН3), 2.26 с (3Н, СН3), 2.76 д. д (1 H, H3b, J 17.0, 7.9 Гц), 2.97 д. д.д (1Н, H4, J 10.6, 7.9, 1.8 Гц), 3.93 д. д (1H, H6экзо, J 7.9, 5.0 Гц), 4.03 д (1H, H6эндо, J 7.9 Гц), 4.13 д (1H, H3', J 10.6 Гц), 4.37 д. д ( 1H, H5, J 5.0, 1.8 Гц), 5.1 c (1H, H1). Спектр ЯМР13С, СDCl3, δ, м. д.: 30.43 (CH3), 31.02 (CH3), 34.53 (C3), 40.40 (C4), 67.43 (C6), 68.44 (C3'), 74.13 (C5), 101.01 (C1), 198.85 (C=O), 201.45 (C=O), 202.24 (C=O).

(1R,2R,5S,6R)-1-Гидрокси-3,11-диоксатрицикло[4.3.1.12,5]ундекан-8-он (3) и (1R,2R,5S,6R,7S)-7-ацетил-1-гидрокси-3,11-диоксатрицикло[4.3.1.12,5]ун-декан-8-он (4)

Растворили 0.100 г (0.44 ммоль) аддукта 2 в 2 мл 7%-ного водно-спиртового раствора КОН (ЕtOH-H2O в соотношении 2:1). По окончании реакции (контроль по ТСХ) смесь нейтрализовали 5%-ным раствором HCl, упарили EtOH, экстрагировали EtOAc (5x5 мл). Вследствие хорошей растворимости соединения 52 в воде, оставшийся водный слой после экстракции упарили, остаток промыли EtOAc, объединенные органические слои сушили MgSO4. Растворитель отогнали, полученную массу хроматографировали на силикагеле (элюент EtOAc). Выделили 0.059 г (73%) аддукта 3 и 0.015 г (15%). Rf 0.35 (EtOAc), Тпл. 134°С, [б]20D -62° (c 1,СHCl3).

Соединение (3): Белые кристаллы. Тпл. 134єС, [α]D20 -62.0є (c 1.0, CHCl3), Rf 0.33 (EtOAc). ИК спектр, см-1: 3470, 2900, 1714, 1456, 1093. Масс-спектр, m/z (Iотн, %): 184 (100) [M]+. Спектр ЯМР1Н, СDCl3, δ, м. д.: 1.84 д. д (1H, H10a, J 12.4, 1.8 Гц), 2.25 д. д.д (1H, H10b, J 12.4, 2.6, 1.8 Гц), 2.28 м (1H, H6), 2.38 д (1H, H9а, J 16.6 Гц), 2.39 д. д. (1H, H7a, J 16.6, 5.2 Гц), 2.54 д. д (1H, H7b, J 16.6, 1.8 Гц), 2.72 д (1H, H9b, J 16.6 Гц), 3.86 д. д (1H, H4экзо, J 7.5, 4.9 Гц), 4.02 д (1H, H4эндо, J 7.5 Гц), 4.20 уш. с (1H, H5), 5.08 c (1H, H2). Спектр ЯМР13С, СDCl3, δ, м. д.: 33.73 (C10), 34.24 (C6), 43.86 (C7), 50.53 (C9), 68.51 (C4), 71.90 (C1), 77.49 (C5), 105.89 (C2), 206.76 (С=О).

Соединение (4): Бесцветные кристаллы. Тпл. 172.3 єС, [α]D20 -93.0є (c 1.0, Н2О), Rf 0.57 (EtOAc). Масс-спектр, m/z (Iотн, %): 226 (100) [M]+. Найдено, %: С 58.62; Н 6.13; С11Н14О5. Вычислено, %: С 58.40; Н 6.24. Спектр ЯМР1Н, СDCl3, δ, м. д.: 1.79 д. д (1H, H10a, J 12.1, 1.6 Гц), 2.09 c (3Н, СН3), 2.12 д. д (1H, H6, J 8.7, 2.6 Гц), 2.15 д. д (1H, H10b, J 12.1, 8.7 Гц), 2.48 д (1H, H9a, J 18.8 Гц), 2.76 д. д (1Н, H9a, J 18.8, 1.6), 2.82 д (1H, H7, J 2.6), 3.90 д. д (1H, H4экзо, J 7.5, 4.9 Гц), 4.06 д (1H, H4эндо, J 7.5 Гц), 4.23 д (1H, H5, J 4.9 Гц), 5.08 c (1H, H2). Спектр ЯМР13С, (СD)3CO, δ, м. д.: 21.87 (CH3), 30.23 (C10), 34.61 (C9), 36.65 (C6), 69.65 (C4), 71.29 (C1), 78.04 (C5), 78.97 (C7), 107.84 (C2), 206.90 (С=О), 206.95 (С=О).

Смесь соединения (4) и его С-7-диастереомера: Спектр ЯМР13С, D2O, δ, м. д.: 23.15 (CH3), [23.15 (CH3)], [30.99 (C10)], 33.67 (C10), 36.78 (C6), [38.55 (C6)], [46.73 (C9)], 52.84 (C9), 74.43 (C4), [74.64 (C4)], [70.16 (C1)], 72.36 (C1), 75.96 (C7), [77.48 (C7)], [79.02 (C5)], 79.86 (C5), [106.87 (C2)], 107.35 (C2), 205.90 (С=О), [206.77 (С=О)], 210.54 (С=О), [210.10 (С=О)].

Выводы

Таким образом, на примере аддукта 1,4-присоединения ацетилацетона к левоглюкозенону установлен первый случай внутримолекулярной альдольной карбоциклизации аддуктов Михаэля, сопровождающейся дезацетилированием первоначально образовавшегося интермедиата.

Литература

, , Усп. хим. 1994. 63. C.922. Witcczak Z. J. Chemistry of Levoglucosenone and Levoglucosans. ATL Press Inc. Science Publisher, Illinois. 1994.; A. Forsyth, R. Paton, I. Watt Tetrahedron Lett. 1989. 30. C.993. , , Изв. АН, Сер. хим. 1997. С.553. , , Изв. АН, Сер. хим. 1996. С.415. , , Изв. АН, Сер. хим. 1996. С.409. , , Усп. хим. 2000. 69. C.1091. , , Изв. АН, Сер. хим. 1999. С.211. F. Shafizadeh, D. Ward, D. Pang Carbohydr. Res.1982. 102, P.217. A. V. Samet, M. E. Niyazymbetov, V. V. Semenov, A. L. Laikhter, D. H.Evans J. Org. Chem. Soc.1996. 61. 8786.

CARBOCYCLIZATION OF ADDUCT OF LEVOGLUCOSENONE AND ACETYLACETONE

© Krasnoslobodtseva Olga Yurevna,+ Khalilova Yuliya Alexandrovna,

Spirihin Leonid Vasilevich и Valeev Farid Abdullovich*

Institution of the Russian Academy of Science Institute of Organic Chemistry of Ufa Scientific Center of Russian Academy of Science, Prospect Oktyabrya, 71, Ufa 450054, Russian Federation. Fax: [phone]. Е-mail: *****@***ru

Key words: levoglucosenone, Michael reaction, carbocyclization, aldol condensation.