Синтез 2,3–дигидробензо[b][1,4]диоксинов по гетеро-реакции Дильса-Альдера на основе 3,5-ди(трет-бутил)-6-нитро-1,2-бензохинона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Активированный нитрoгруппой пространственно-экранированный о-хинон может выступать в качестве эффективного диена в реакции Дильса-Альдера. Взаимодействие двукратного избытка 3,5-ди-(трет-бутил)-6-нитро-1,2-бензохинона в реакции с ариламинами в среде изопропанол/метилэтилкетон (1:1) приводит к образованию производных ((2,3-дигидробензо[b][1,4]диоксин-2-ил)окси)-3-нитрофенолов.

Полный текст

Молекулярная структура орто-хинонов, включающая две карбонильные группы, фрагменты 1,2-ендиона и 3,5-диен-1-она, создает возможность нескольких направлений их реакций, включая: образование оснований Шиффа, присоединение типа Михаэля, а также реакции циклоприсоединения, и обеспечивает удобный доступ к получению разнообразных N,O-гетероциклических систем [1—3]. Введение в о-хиноновое кольцо мощной электроноакцепторной нитрогруппы в 6-нитро-3,5-ди-(трет-бутил)-1,2-бензохинон 1 приводит к резкому увеличению электрофильности соседнего углерода, позволяет преодолеть пространственные препятствия, создаваемые объемистыми трет-бутильными группами, и перенаправляет реакцию с аминами с пути образования основания Шиффа на путь 1,4-присоединения по Михаэлю [4, 5]. Другим примером специфической реакционной способности 1 является его реакция с ароматическими аминами и ацетоном, приводящая к образованию производных новой гетероциклической системы 1Н-циклопента[b]пиридин-4,5-диона (схема 1) [6].

 

Схема 1. Синтез 6-(трет-бутил)-2-метил-1-арил-1Н-циклопента[b]пиридин-4,5-дионов 2

 

Вероятный механизм реакции (подтвержден DFT/B3LYP/6-311++G(d,p) расчетами) включает предварительные стадии нуклеофильного присоединения амина к хинону 1 и последующие конденсацию c ацетоном, дегидратацию образовавшегося имина и циклизацию с отщеплением молекулы HNO2. Настоящая работа посвящена дальнейшему изучению этой реакции за счет расширения ассортимента используемых монокарбонильных компонентов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Однако оказалось, что при тех же относительно мягких условиях реакция с метилэтилкетоном, на первой стадии которой образуется соответствующий имин (изомеризующийся в его енаминовую таутомерную форму), развивается в направлении образования производных 2,3-дигидробензо[b][1, 4]диоксиновой системы 4 (схема 2). На своей основной стадии циклизации (4 +2) Дильса-Альдера этот механизм полностью аналогичен предложенному ранее для энантиоселективного органокаталитического арилоксилирования альдегидов о-хинонами [7]. В условиях реакции он дополняется спонтанным присоединением второй молекулы о-хинона.

 

Схема 2. Синтез дигидробензо[b][1, 4]диоксин-2-ил-окси-3-нитрофенолов 4

 

Строение соединений 4 (a–c) как производных системы [1, 4]диоксина было установлено с помощью ЯМР, ИК- и масс-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа для соединения 4 (с) (рис. 1).

 

Рис. 1. Молекулярное строение соединений 4 (с)

 

В ЯМР 1Н спектре соединений 4 на 1.5–1.6 м.д. присутствовали синглетные трехпротонные сигналы метильных групп, встраиваемых в структуру гетероциклов из метилэтилкетона.

Конформация дигидродиоксинового кольца наиболее близка к полукреслу, как в ранее изученной структуре 2,3-дигидробензо[b][1, 4]диоксин-6-ила [8]. Атомы О1 и О2 незначительно и разнонаправленно отклоняются от плоскости фенильного фрагмента (–0.0042(18) A и 0.0287(18) A, соответственно). При этом атомы C15 и C17 располагаются на расстоянии 0.396(2) и –0.439 (2) Å по обе стороны от средней плоскости дигидробензодиоксинового кольца. Все длины связей и углы лежат в типичных диапазонах, встречающихся в органических структурах (рис. 2).

 

Рис. 2. Вид сбоку в двух проекциях диоксинового фрагмента 4 (с). Атомы водорода опущены для ясности

 

Основные длины связей и валентные углы для соединения 4 (с) приведены в табл. 1 и 2.

 

Таблица 1. Основные длины связей соединения 4 (с)

Связь

Длина, Å

Связь

Длина, Å

Cl1-C22

1.7444(15)

C5-C4

1.3874(18)

O3-C15

1.4107(14)

C5-C7

1.5385(18)

O3-C1

1.3940(14)

C26-C35

1.5428(18)

O2-C15

1.4430(13)

C26-C27

1.390(2)

O2-C30

1.3749(14)

C28-C27

1.398(2)

O1-C25

1.3734(15)

C28-C31

1.5422(19)

O1-C17

1.4608(15)

C20-C21

1.373(2)

O4-C6

1.3541(15)

C35-C37

1.508(13)

O7-N2

1.2205(16)

C35-C36

1.455(13)

N2-O8

1.2100(17)

C35-C38

1.560(13)

N2-C29

1.4726(16)

C35-C37A

1.530(5)

N1-C17

1.4256(17)

C35-C36A

1.559(5)

N1-C19

1.3911(16)

C35-C38A

1.521(5)

O5-N3

1.2187(19)

C7-C9

1.538(3)

N3-O6

1.2100(19)

C7-C8

1.532(2)

N3-C2

1.4722(17)

C7-C10

1.533(2)

C15-C17

1.5600(15)

C11-C14

1.504(4)

C15-C16

1.5081(17)

C11-C13

1.472(4)

C30-C25

1.3905(16)

C11-C12

1.534(5)

C30-C29

1.3886(17)

C11-C12A

1.469(7)

C1-C6

1.3903(16)

C11-C13A

1.560(9)

C1-C2

1.3944(16)

C11-C14A

1.426(8)

C25-C26

1.4031(18)

C21-C22

1.379(3)

C29-C28

1.3875(18)

C24-C23

1.392(2)

C6-C5

1.4040(17)

C22-C23

1.356(3)

C17-C18

1.5212(17)

C31-C33

1.524(5)

C2-C3

1.3852(18)

C31-C34

1.603(7)

C3-C4

1.3996(19)

C31-C32

1.501(5)

C3-C11

1.5479(17)

C31-C32A

1.670(13)

C19-C20

1.387(2)

C31-C33A

1.491(17)

C19-C24

1.395(2)

C31-C34A

1.354(11)

 

Таблица 2. Основные валентные углы соединения 4 (с)

Связь

Угол, град

Связь

Угол, град

C1-O3-C15

122.38(9)

O2-C15-C16

109.47(10)

C30-O2-C15

116.26(8)

C16-C15-C17

115.69(10)

C25-O1-C17

115.74(9)

O1-C17-C15

106.44(9)

O7-N2-C29

118.52(11)

O1-C17-C18

104.93(10)

O8-N2-O7

123.33(12)

N1-C17-O1

110.79(10)

O8-N2-C29

118.04(11)

N1-C17-C15

107.18(9)

C19-N1-C17

127.50(11)

N1-C17-C18

115.28(11)

O5-N3-C2

117.26(13)

C18-C17-C15

111.91(10)

O6-N3-O5

124.17(14)

O3-C15-C17

105.45(9)

O6-N3-C2

118.48(13)

O3-C15-C16

114.47(10)

O3-C15-O2

104.45(8)

O2-C15-C17

106.45(9)

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Все использованные реагенты и растворители являются коммерчески доступными (Aldrich) и использовались без дополнительной очистки. Полученные продукты были охарактеризованы 1Н и 13С ЯМР-, ИК-спектроскопией и элементным анализом. 1Н и 13С ЯМР спектры были зарегистрированы на спектрометре Bruker Avance (600 МГц) в растворе CDCl3. ИК спектры зарегистрированы на спектрометре Varian Excalibur 3100 FTIR. Рентгеноструктурные данные соединения 4 (c) получены на автоматизированном дифрактометре (Agilent SuperNova) с использованием стандартной процедуры. Структура расшифрована прямым методом и уточнена МНК в анизотропном полноматричном приближении для неводородных атомов. Координаты атомов и другие параметры структуры 4 (с) депонированы в Кембриджском банке структурных данных (CCDC 2236129; deposit@ccdc.cam.ac.uk или http:// www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif).

Общая методика получения 4 (a–c). К раствору анилина (1,0 ммоль) в изопропанол/метилэтилкетоне (1 : 1, 30 мл) добавляли 3,5-ди-(трет-бутил)-6-нитро-1,2-бензохинона 1 (530 мг, 2,0 ммоль). Реакционную смесь перемешивали при температуре кипения с обратным холодильником в течение 8 часов. Неочищенную реакционную смесь перекристаллизовали из ацетона.

4,6-ди-трет-бутил-2-((5,7-ди-трет-бутил-2,3-диметил-8-нитро-3-(p-толиламино)-2,3-дигидробензо[b][1, 4]диоксин-2-ил)окси)-3-нитрофенол 4 (a)

Бесцветное твердое вещество (70%); Т.пл. 150-152°C. ИК спектр, ν, см–1: 3487, 3409, 2959, 2913, 2871, 1616, 1531, 1483, 1409, 1364, 1301, 983. Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 1.31 с (9H), 1.34 с (18H), 1.43 с (9H), 1.53 с (3H), 1.57 с (3H), 2.29 с (3H), 4.53 с (1H), 6.99 д (J 8.2 Гц, 2H), 7.06 д (J 8.1 Гц, 2H), 7.09 с (1H), 7.25 с (1H), 7.35 с (1H). Спектр ЯМР 13С, δ, м.д.: 17.49, 18.78, 20.71, 29.19, 29.25, 29.38, 29.58, 30.87, 30.89, 30.39, 35.45, 35.52, 35.66, 35.79, 89.49, 105.72, 119.38, 122.76, 124.38, 129.36, 130.66,132.00, 132.57, 132.98, 138.42, 138.80, 139.26, 139.51, 139.95, 143.47, 146.67. HRMS (ESI) m/z: [M + Na]+ Вычислено для C39H53N3O8Na 714.3725; Найдено 714.3721.

4,6-ди-трет-бутил-2-((5,7-ди-трет-бутил-2,3-диметил-8-нитро-3-(m-толиламино)-2,3-дигидробензо[b][1, 4]диоксин-2-ил)окси)-3-нитрофенол 4 (b)

Бесцветное твердое вещество (55%); Т.пл. 135-140°C. Бесцветное твердое вещество (55%); Т.пл. 135–140°C. ИК спектр, ν, см–1: 3502, 3420, 2955, 2912, 2871, 1613, 1529, 1482, 1407, 1366, 1297, 980. Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 1.32 с (9H), 1.34 с (9H), 1.36 с (9H), 1.44 с (9H), 1.55 с (3H), 1.60 с (3H), 2.29 с (3H), 4.61 с (1H), 6.82 д (J 7.5 Гц, 1H), 6.87 д (J 7.9 Гц, 1H), 6.90 с (1H), 7.09 с (1H), 7.12 т (J 7.7 Гц, 1H), 7.26 с (1H), 7.32 с (1H). Спектр ЯМР 13С, δ, м.д.: 17.21, 18.63, 21.29, 29.17, 29.22, 29.34, 29.63, 30.84, 30.87, 30.94, 35.44, 35.54, 35.63, 35.78, 89.12, 105.80, 119.46, 120.13, 122.87, 123.58, 123.89, 128.58, 130.63, 131.87, 132.10, 132.60,138.15, 138.59, 138.78, 139.54, 139.92, 141.99 143.45, 146.67. HRMS (ESI) m/z: [M + Na]+ Вычислено для C39H53N3O8Na 714.3725; Найдено 714.3718.

4,6-ди-трет-бутил-2-((5,7-ди-трет-бутил-3-((4-хлорфенил)амино)-2,3-диметил-8-нитро-2,3-дигидробензо[b][1, 4]диоксин-2-ил)окси)-3-нитрофнол 4 (c)

Бесцветное твердое вещество (46%); Т.пл. 145–148°C. ИК спектр, ν, см–1: 3482, 3402, 2960, 2911, 2871, 1598, 1528, 1493, 1407, 1364, 1298, 983. Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 1.31 с (9H), 1.33 с (18H), 1.43 с (9H), 1.55 с (3H), 1.58 с (3H), 4.67 с (1H), 7.01 д (J 8.5 Гц, 2H), 7.10 с (1H), 7.19 с (1H), 7.21 д (J 8.5 Гц, 2H), 7.26 с (1H). Спектр ЯМР 13С, δ, м.д.: 17.24, 18.79, 29.24, 29.42, 29.63, 30.84, 30.88, 30.94, 35.47, 35.55, 35.68, 35.82, 88.98, 105.63, 119.63, 122.95, 124.57, 128.31, 128.83, 130.78, 131.83, 131.96, 132.85, 138.07, 138.82, 139.72, 139.98, 140.81, 143.37, 146.52. HRMS (ESI) m/z: [M + Na]+ Вычислено для C38H50ClN3O8Na 734.3179; Найдено 734.3170.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В реакции, представленной на схеме 2, 6-нитро-3,5-ди-(трет-бутил)-о-бензохинон ведет себя как гетеродиен. Потенциально о-хиноны могут выступать в реакциях (4 + 2) Дильса-Альдера в качестве диенофилов и диенов. В то время как диенофильная активность о-хинонов была изучена достаточно полно [9–10], примеры реакций, в которых о-хиноны функционируют как карбо- [11] или гетеродиены [7, 12], редки.

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 19-13-00022, https://rscf.ru/project/19-13-00022/).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

×

Об авторах

Евгений Петрович Ивахненко

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ivakhnenko@sfedu.ru
ORCID iD: 0000-0003-0338-6466
Россия, Ростов-на-Дону

Василий Игоревич Малай

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: malay@sfedu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5302-743X
Россия, Ставрополь

Олег Петрович Демидов

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: ivakhnenko@sfedu.ru
ORCID iD: 0000-0002-3586-0487
Россия, Ставрополь

Никита Иванович Мережко

Южный федеральный университет

Email: ivakhnenko@sfedu.ru
ORCID iD: 0009-0000-2672-4072
Россия, Ростов-на-Дону

Сергей Евгеньевич Кислицин

Южный федеральный университет

Email: ivakhnenko@sfedu.ru
ORCID iD: 0009-0007-0873-696X
Россия, Ростов-на-Дону

Владимир Исаакович Минкин

Южный федеральный университет

Email: ivakhnenko@sfedu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6096-503X
Россия, Ростов-на-Дону

Список литературы

  1. Abakumov G.A., Druzhkov N.O., Kurskii Yu.A., Abakumova L.G., Shavyrin F.S., Fukin G.A. Russ Chem Bull., 2005, 54, 2571–2577. doi: 10.1007/s11172-0157-7
  2. Vasu D., Leich J.A., Dixon D.J. Tetrahedron, 2019, 75, 50, 130726. doi: 10.1016/j.tet.2019.130726
  3. Nicolas Y., Allama F., Lepeltier M., Massin J., Castet F., Ducasse L., Hirsch I., Boubegtiten Z., Jonusauskas G., Olivier C., Toupance T.. Chem Eur J. 2014, 20, 3678–88. doi 10.1002/ chem.201303775
  4. Ivakhnenko E., Malay V., Romanenko G., Demidov O., Knyazev P., Starikov A., Minkin V. Tetrahedron 2021, 79, 131841. doi: 10.1016/j.tet.2020.131841
  5. Ивахненко Е.П., Малай В.И., Демидов О.П., Минкин В.И. ЖОрХ. 2023, 59, 8, 1032–1040. doi: 10.31857/S0514749223080049
  6. Ivakhnenko E., Malay V., Demidov O., Starikov A., Min-kin V. Tetrahedron 2022, 103, 132575. doi: 10.1016/j.tet.2021.132575
  7. Hernandez-Juan F.A., Cockfield D.M., Dixon D.J. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 1605-1608. doi: 10.1016/j/tetlet.2006.12.140
  8. Richard A.S. , Murthy S.M., Basavaraju Y.B., Yathirajan H.S., Parkin S., Van Meervelt L. Acta Crystallographica, E. Cryst. Com. 2023, 79, 674-677. doi: 10.1107/S2056989023005613
  9. Mazza S., Danishefsky S., McCurry P. J. Org. Chem. 1976, 39, 3610–3611. doi: 10.1021/jo00938a043.
  10. Charini R., Fang C., Herrington D., Higgs K., Rodrigo R., Taylor N. Aust. J. Chem. 1997, 50, 271–278. doi. 10.1071/C96099
  11. Escorihuela J., Looijen W., Wang X., Aquino A., Lischka H., Zuilhof H. J. Org. Chem. 2020, 85, 13557–13566. doi: 10.1021/acs.joc.0c01674
  12. Bekele T., Shah M. H., Wolfer J., Abraham C. J., Weatherwax A, Lectka T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1810–1811. doi: 10.1021/ja058077g

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Схема 1. Синтез 6-(трет-бутил)-2-метил-1-арил-1Н-циклопента[b]пиридин-4,5-дионов 2

Скачать (35KB)
Метаданные
3. Схема 2. Синтез дигидробензо[b][1,4]диоксин-2-ил-окси-3-нитрофенолов 4

Скачать (80KB)
Метаданные
4. Рис. 1. Молекулярное строение соединений 4 (с)

Скачать (110KB)
Метаданные
5. Рис. 2. Вид сбоку в двух проекциях диоксинового фрагмента 4 (с). Атомы водорода опущены для ясности

Скачать (103KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».