Т 56 (3)
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
2013
УДК 547.341+547.725
О.Г. Карманова, П.П. Муковоз, В.О. Козьминых, Е.Н. Козьминых
СИНТЕЗ И СТРОЕНИЕ 2,3-БИС-(2-ОКСОАЛКИЛИДЕН)-1, 2, 3, 4-ТЕТРАГИДРОХИНОКСАЛИНОВ
(Пермский государственный педагогический университет)
e-mail: o_karmanova@mail.ru, kvonsctu@yahoo.com
Конденсацией алкилметилкетонов с диэтилоксалатом и 1,2-диаминобензолом
получены 2,3-бис-(2-оксоалкилиден)-1,2,3,4-тетрагидрохиноксалины. С помощью спектральных
методов выявлены четыре изомерные формы, обсуждаются особенности
строения полученных соединений.
Ключевые слова: 2,3-бис-(2-оксоалкилиден)-1,2,3,4-тетрагидрохиноксалины, алкилметилкетоны,
1,2-диаминобензол, однореакторный синтез
Известно, что легко доступные 1,3,4,6тетракарбонильные
соединения (1) [1, 2] взаимодействуют
с 1,2-диаминобензолом с образованием
2,3-бис-оксоилиденпроизводных 1,3,4,6-тетрагидрохиноксалинов
(2) [1, 3, 4]. Так, действие 1,2-диаминобензола
на 1,3,4,6-тетракетоны, имеющие в
своем составе ароильные и сложноэфирные
фрагменты, приводит к их гетероциклизации в
биологически активные 2,3-бис-(2-оксоилиден)1,2,3,4-тетрагидрохиноксалины
[4].
Нами впервые получены практически значимые
2,3-бис-(2-оксоилиден)-1,2,3,4-тетрагидрохиноксалины
(2a-e), имеющие различные алкильные
заместители в ацилметиленовых звеньях, в
результате кратковременного нагревания 1,6-диалкил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов
(1a-e)
с 1,2-диаминобензолом в этаноле (метод А)
(схема).
Синтезированные соединения (2a-e) представляют
собой желтые или оранжевые кристаллические
вещества, растворимые в хлороформе,
диметилсульфоксиде, трудно растворимые в этаноле,
нерастворимые в воде.
Выходы и константы хиноксалинов (2a-e)
представлены в таблице. С помощью спектральных
методов у соединений (2a-e) обнаружено несколько
таутомерных форм (схема).
Ранее нами было установлено, что некоторые
метилкетоны вступают в конденсацию с образованием
моно-оксоилиденовых аналогов – 3оксоилиден-2-хиноксалонов
(3), которые образуются
в результате конденсации метилкетонов с
диэтилоксалатом и орто-фениледиамина при эквимолярных
соотношениях [5].
Нам впервые удалось осуществить конденсацию
алкилметилкетонов с диэтилоксалатом
в присутствии метилата натрия при соотношении
2:1 с последующей нейтрализацией и действием
1,2-диаминобензола, в результате которой были
выделены новые бис-(оксоилиден)хиноксалины
(2) (метод Б). Преимущества метода Б заключаются
в том, что процесс получения 2,3-бис-(2оксоилиден)-1,2,3,4-тетрагидрохиноксалинов
(2ae)
является более технологичным, чем метод А, и
протекающим в одну стадию.
Соединения (2а-e) в твердом состоянии
существуют в форме 2,3-эндо-C=N- изомера 2A, о
чем свидетельствует отсутствие полос поглощения
в области 3100-3400 см-1 группы NH и сигналов
в области сильного поля карбонильных групп
ацильных звеньев при 1705-1737 см-1 в ИК спектрах.
Эти данные согласуются с литературными
сведениями [3]. В полярных растворителях у соединений
(2a-e) преобладающей и наиболее устойчивой
является форма 2B (86-99%), стабилизированная
двумя NН-хелатными циклами.
Так, в спектрах ЯМР 1Н хиноксалинов (2ae),
записанных в ДМСО-d6, присутствуют сигналы
двух магнитно-эквивалентных (1Z,1'Z)ориентированных
метиновых C(1,1')H протонов
при 6,05-6,10 м.д. Данные сигналы соответствуют
метиновым группам фрагментов C(2)-C(1)H и
C(3)-C(1')H, объединяющих ацильные звенья с
гетероциклом, и относятся к преобладающим изомерам
(2a, форма B, 86 %), (2b, форма B, 98 %),
(2c, форма B, 92 %), (2d, форма B, 99 %), (2e,
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013 том 56 вып. 3
3
Стр.1
форма B, 99 %). Наличие формы 2B подтверждается
также присутствием в ЯМР 1Н спектрах соединений
(2a, b, d, e) сигналов двух магнитно1
NaH
(MeONa)
2HCl
метод А
-EtOH
O
R1 (2)
O
Me
+ O
EtO
2:1
OEt
N
N
O
N
H
N
H
R = Alk, Ar
3
N
O
2C
R2
(R1 = C2H5, R2 = н-C3H7)
N
H
O
2D
R1 = R 2 = C2H5 (1a, 2a); R1 = R2 = н-C3H7 (1b, 2b); R1=C2H5, R2 = н-С3Н7 (1c, 2c);
R1= R2 = н-С5Н11 (1d, 2d); R1= R2 = н-С6Н13 (1e, 2e)
Схема. Синтез 2,3-бис-(2-оксоилиден)-1,2,3,4-тетрагидрохиноксалинов (2a-e)
Scheme. Synthesis of 2,3-bis-(2-oxoylidene)-tetrahydro-1,2,3,4-quinoxalines (2a-e)
Таблица
Соединение
2a
2b
2c
2d
2e
Константы и выходы 2,3-бис-(2-оксоилиден)-1,2,3,4-тетрагидрохиноксалинов (2a-e)
Table. Constants and yields of 2,3-bis-(2-oxoyliden)-1,2,3,4-tetrahydroquinoxalines (2a-e)
Выход, %
Alk1
C2H5
н-C3H7
C2H5
н-С5Н11
н-С6Н13
Alk2
C2H5
н-C3H7
н-C3H7
н-С5Н11
н-С6Н13
В ЯМР 1Н спектре соединения (2c), имеющего
различные алкильные заместители в ацильных
звеньях, присутствуют сигналы равной интегральной
интенсивности двух магнитно-неэквивалентных
NН-протонов преобладающего изомера 2B, что
4
Тпл., °С
122-124
114-116
100-102
64-66
58-59
Метод А Метод Б
61
39
61
51
42
46
43
27
31
37
Брутто-формула
(мол. масса)
C16H18N2O2
(270,33)
C18H22N2O2
(298,38)
C17H20N2O2
(284,35)
C22H30N2O2
(354,49)
C24H34N2O2
(382,54)
являетcя следствием различного влияния пропильного
и этильного фрагментов этих звеньев.
Максимальное дезэкранирование NН-протона
должно наблюдаться при максимальном положительном
заряде на углероде карбонильной группы
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013 том 56 вып. 3
R2
O
R
1 NaH (MeONa)
2 HCl
метод Б
NH2
3
NH2
-EtOH
N
H
N
O
R1
O
O
2A
2a - e
R1
R2
O
R1(2)
O
O
1a - e
O
R1
N
H
N
H
O
2B
R2
O
R1(2)
R1(2)
O
OH
NH2
NH2
O
R1
эквивалентных N(1,4)Н-протонов бис-хелатных
фрагментов преобладающего изомера 2B, в области
13,95-14,03 м.д.
OH O
R2(1)
Стр.2
NН-хелатного фрагмента и, следовательно, при
минимальном положительном индуктивном эффекте
алкильного заместителя ацильного звена.
Индуктивный эффект этильной группы (+I, 6,30)
меньше пропильной (+I, 6,68), что обусловливает
более слабопольный сдвиг N(4)H-протона при
14,03 м.д. и находящийся в относительно более
сильном поле сдвиг N(1)H-протона при 13,96 м.д.
Незначительное содержание минорных
таутомеров (2а, форма D, 9 %) и (2b, форма D, 3
%) подтверждается присутствием в ЯМР 1Н спектрах
соединений (2a, b) сигналов двух магнитноэквивалентных
метиленовых C(1)H2 протонов в
области 4,14-4,15 м.д. и сигнала одного (1'Z)ориентированного
метинового C(1')H протона в
области 5,62-5,64 м.д. с сопоставимыми интегральными
интенсивностями. В растворе ДМСОd6
соединения (2с) присутствуют два аналогичных
изомера с одним NН-хелатным фрагментом в виде
минорных таутомеров 2C, 2D, содержание которых
составляет около 3%. Присутствие этих таутомеров
подтверждается парными сигналами метиленовых
протонов C(1')H2 (форма 2D) и C(1)H2
(форма 2С) при 4,15 м.д., а также сигналами (1Z)ориентированного
метинового протона C(1)H, при
5,62 м.д. (форма 2D) и (1'Z)-ориентированного
метинового протона C(1')H, при 5,65 м.д. (форма
2С) соответственно.
Химический сдвиг N(1,4)Н-протонов изомера
2B соединений (2) является значительно более
сильнопольным (на 0,7 м.д.) по сравнению с
химическим сдвигом N(4)Н-протонов минорных
изомеров 2D и 2C (для соединения 2с). Причина
этого, вероятно, связана с большим сопряжением
ароматического гетероцикла с NН-монохелатным
фрагментом изомеров 2D и 2С, обусловленным
наличием N(1)=С(2)-эндоциклической двойной
связи по сравнению с бис-хелатными изомерами
2B. Большее сопряжение NН-хелата с ароматическим
кольцом приводит к возрастанию анизотропного
дезэкранирующего эффекта и смещению
сигнала NН-протонов в слабое поле.
Небольшое содержание эндоциклических
изомеров (2a, форма A, 5%) и (2c, форма A, 2%) в
растворе соединений (2a, c) подтверждается присутствием
в ЯМР 1Н спектрах сигналов двух метиленовых
C(1,1')H2 протонов при 4,24 м.д.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ИК спектры хиноксалинов (2a-e) записаны
на спектрофотометре "Инфралюм ФТ-02"
в пасте с вазелиновым маслом. Спектры ЯМР
1H соединений (2a-e) получены на приборе
"MERCURYplus-300" (300,05 МГц) в ДМСО-d6,
внутренний стандарт – ТМС. Индивидуальность
соединений (2a-e) подтверждена методом ТСХ на
пластинках Silufol UV-254 в системе гексанацетон,
10:1, проявление парами йода.
Синтез
2,3-бис-(2-оксоилиден)-1,2,3,4тетрагидрохиноксалинов
(2). Метод А. К 8,8 мл
(100 ммоль) 2-бутанона (для синтеза соединения
1a), или 10,8 мл (100 ммоль) 2-пентанона (для
синтеза соединения 1b), или 14,2 мл (100 ммоль)
2-гептанона (для синтеза соединения 1d), или 15,6 мл
(100 ммоль) 2-октанона (для синтеза соединения
1e), или смеси 4,4 мл (50 ммоль) 2-бутанона и 5,4
мл (50 ммоль) 2-пентанона (для синтеза соединения
1с), 6,8 мл (50 ммоль) диэтилоксалата и 200 мл
толуола добавляют при перемешивании и охлаждении
4,0 г (100 ммоль) 60% суспензии гидрида
натрия в минеральном масле, 0,1 мл абсолютного
метанола и нагревают 1,5-2 часа. Растворитель
выпаривают, к остатку при перемешивании добавляют
100 мл охлажденной 15% HCl, выпавший
осадок соединений (1a-e) отфильтровывают, сушат,
перекристаллизовывают из этилацетата или
этанола. К 25 ммоль полученных соединений (1ae)
в 50 мл этанола добавляют 2,7 г (25 ммоль) 1,2диаминобензола
при непродолжительном нагревании.
Растворитель выпаривают, остаток растирают
с диэтиловым эфиром, сушат, получают соединения
(2a-e), которые перекристаллизованы из
этилацетата или этанола.
Метод Б. К 4,4 мл (50 ммоль) 2-бутанона
(для синтеза соединения 2a), или 5,4 мл (50
ммоль) 2-пентанона (для синтеза соединения 2b),
или 7,1 мл (50 ммоль) 2-гептанона (для синтеза
соединения 2d), или 7,8 мл (50 ммоль) 2-октанона
(для синтеза соединения 2e), или смеси 2,2 мл (25
ммоль) 2-бутанона и 2,7 мл (25 ммоль) 2пентанона
(для синтез соединения 2с), 3,4 мл (25
ммоль) диэтилоксалата и 100 мл толуола добавляют
при перемешивании и охлаждении 2,0 г (50
ммоль) 60% суспензии гидрида натрия в минеральном
масле, 0,1 мл абсолютного метанола и
нагревают 1,5-2 часа. Растворитель выпаривают, к
остатку при перемешивании добавляют 50 мл 15%
HCl и 2,7 г (25 ммоль) 1,2-диаминобензола. Через
1-1,5 часа выпавший осадок соединений (2a-e)
отфильтровывают, сушат. Перекристаллизация
из этилацетата или этанола.
(1Z,1'Z)-1,1'-(1,4-Дигидрохиноксалин-2,3диилиден)дибутан-2-он
(2a, форма B). Выход
(метод А) 3,58 г (53%), (метод Б) 2,63 г (39%),
т. пл. 122-124°С. Найдено, %: C 71,38; H 6,43;
N 10,65. C16H18N2O2. Вычислено, %: C 71,09; H
6,71; N 10,36. М 270. ИК спектр, ν, см-1: 3082 слаб.
(CH, C6H4), 1705 (C(2,2')=O), 1603, 1585 ушир.
(С=С, C6H4), 1544 (N(1,4)=С(2,3)), 1482 δas (CH3),
1431 крутильные (CH2), 1385, 1358 δs (CH3), 1283,
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013 том 56 вып. 3
5
Стр.3