Синтез и свойства 3-замещённых α-карболинов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ООЗОВ96В8

ГООТ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА З-ЗАМЕЩЕННЫХ а-КАРБОЛИНОВ

Специальность 02 00 03 — органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Красноярск - 2007

003069688

Работа выполнена на кафедре органической химии и технологии органических веществ Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Сибирский государственный технологический университет" (г Красноярск)

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Субоч Георгий Анатольевич Официальные оппоненты: доктор химических наук, старший научный сотрудник кандидат химических наук, доцент Ведущая организация:

Антонова Алла Борисовна Остапкович Алексей Михайлович Иркутский институт химии СО РАН

Защита состоится «25» мая 2007 г в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 253 02 в Сибирском государственном технологическом университете по адресу 660049, г Красноярск, проспект Мира, 82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета

Автореферат разослан «¿с>» апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

"Фабинский П В

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальность работы. Среди а-карболинов известны вещества, обладающие биологической активностью, которые используются в качестве активного ингредиента в лекарственных средствах для лечения атеросклероза, профилактики и лечения ожирения, панкреатита и заболеваний желудочно-кишечного тракта, показано их значение для химиотерапии Некоторые бисчетвертичные соли а-карболинов оказывают гипотензивный эффект, обладают противовоспалительной и противовирусной активностью Известно использование алкил-, арилзамещенных-а-карболинов в аналитической химии в качестве реагентов для экстракционно-фотометрического определения ниобия и экстракции роданидных комплексов ниобия в кислой среде

Несмотря на существование целого ряда различных направлений по синтезу соединений а-карболиновой структуры, использование этих методов для получения а-карболинов с функциональными группами в 3-ем положении затруднительно

Введение различных функциональных групп в пиридиновое ядро а-карболиновой циклической системы позволит в значительной мере расширить область практического применения соединений этого класса Особый интерес представляют нитро-, нитрозо-, азо-, и аминопроизводные а-карболинов, поскольку появляется возможность синтеза соединений с заданными свойствами и перехода к более ценным производным В то же время шестичленные гетероциклические соединения с одним атомом азота, не содержащие электронодонорных заместителей, не позволяют ввести эти функциональные группы классическими методами Таким образом, задача по поиску и разработке методов синтеза функционализированных а-карболинов и изучение их свойств является актуальной и важной

Работа выполнялась в рамках комплексной научно-исследовательской программы № гос регистрации 01200506507 "Разработка теоретических основ химико-технологических процессов, получение материалов с заданными свойствами Синтез и свойства нитро-, нитрозо- и аминоароматических и гетероциклических соединений"

Цель работы. Поиск и изучение методов синтеза 3-замещенных а-карболинов Изучение свойств впервые полученных 3-замещенных а-карболинов

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1. изучение циклоконденсации изонитрозо-Р-дикарбонильных соединений и 2-аминоиндола,

2. изучение циклоконденсации а-арилгидразонов 2,3,4-пентантриона и 2-аминоиндола,

3. исследование условий гетероциклизаций функционализированных Р-дикетонов и 2-аминоиндола,

4 изучение химических и физико-химических свойств впервые полученных функционализированных а-карболинов

Научная новизна и практическая ценность. Впервые показано, что в результате циклоконденсации 2-аминоиндола с р-дикетонами, содержащими в а-положении гидроксииминную или фенилгидразонкую группировки, в основной среде образуются а-карболины

Восстановлением 3-азо- и 3-нитрозо-а-карболинов получен ранее не известный 3-амино-а-карболин, при диазотировании которого синтезированы соответствующие диазопроизводные

Для диазосоединений пространственно-затрудненных а-карболинов исследованы замещение диазогруппы на галоген и азосочетание

В результате проведенных исследований синтезировано 17 ранее не известных функционализированных а-карболинов

Состав и строение впервые полученных 3-замещеных а-карболинов доказано встречным синтезом и методами элементного анализа, масс-спектрометрии, УФ-, ИК-, 'Н и 13С ЯМР-спектроскопии

Личный вклад автора в получение изложенных в диссертации результатов является значительным на стадиях планирования, проведения и обсуждения эксперимента, при обработке литературного обзора и экспериментальных данных, оформления результатов эксперимента и поиске библиографических источников

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях. 1-го и 2-го Международных форумах "Актуальные проблемы современной науки" (Самара 2005, Самара 2006), международной конференции по органической химии "Органическая химия от Бутлерова и Бельштейна до современности" (Санкт-Петербург 2006), отдельные положения были представлены на Всероссийских научно-практических конференциях "Лесной и химический комплексы — проблемы и решения" (Красноярск 2005, Красноярск 2006)

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах и 5 тезисов докладов на международных, всероссийских и региональных конференциях и форумах

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 101 листе машинописного текста и состоит из введения, обзора литературных данных, обсуждения результатов исследования, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (133 наименования) Работа содержит 72 схемы и 7 таблиц

1. Сиптез а-карболинов с азотсодержащим заместителем в 3-ем положении

1.1. Синтез З-ннтрозо-а-карболинов

Несмотря на большой арсенал существующих методов получения соединений а-карболиновой циклической системы, известные на

сегодняшний момент способы позволяют синтезировать в основном алкил-и арилзамещенные а-карболины Набор заместителей, которые можно ввести в пиридиновое кольцо а-карболиновой системы, вовсе ограничен

Из литературных данных следует, что наиболее перспективным методом построения а-карболинового цикла является гетероциклизации на основе 2-аминоиндола

Так, для незамещенных р-дикетонов циклоконденсация с 2-аминоиндолами идет с образованием а-карболинов (I), либо пиримидо[1,2-я]индолов (II) (Схема 1), из-за наличия в молекуле 2-аминоиндола трех связанных между собой нуклеофильных центров, любой из которых может вступать в реакцию

На кафедре органической химии и технологии органических веществ Сибирского государственного технологического университета в течение последних 30-ти лет активно ведутся научные исследования по применению производных р-дикарбонильных соединений в синтезе ароматических и гетероциклических нитрозосоединений (Схемы 2,3)

Схема 1

|?<Ю

н

СН2, РИ СН3, Р(1 В' - Н, СНЭ, СН2СвН& Х= Н, 802СвН4СН3, СООСНгС6Н6

Схема 2

N0

Получение нитрозопиридонов классическими методами затруднено, из-за низкой реакционной способности пиридинового кольца Однако ранее было показано, что для получения нитрозопиридонов (III) успешно использовались изонитрозо-р-дикарбонильные соединения (Схема 3)

Схема 3

н ют

N0'---+ )=|ЮН

мн2 °=\

Я'

II I

н

III

На основании этого можно предположить, что подобная циклоконденсация изонитрозо-Р-дикетонов с 2-аминоиндолом позволит получить ранее не известные и труднодоступные 3-нитрозо-а-карболины, образование которых может осуществиться по Схеме 4.

Схема 4

Си,:

.N04

Из промежуточного соединения (IV) возможны два направления аннелирования а-Карболины образуются при нуклеофильной атаке (3-углеродного атома в пиррольном кольце свободным карбонилом изонитрозо-Р-дикарбонильного соединения, а пиримидо[1,2-а] индолы образуются при атаке по атому азота пиррольного кольца

При изучении циклоконденсации изонитрозоацетилацетона с 2-аминоиндолом в пиридине в течение 72 часов при 20°С нами был выделен продукт, который идентифицирован, как 2,4-диметил-З-нитрозо-а-карболин (V) (Схема 4)

С целью изучения препаративных возможностей данной реакции мы исследовали взаимодействие 2-аминоиндола с изонитрозобензоилацетоном (11=СНз, И-СбНз) и изонитрозодибензоилметаном (К=К'=С6Н5) В

результате этой циклоконденсации были выделены ранее неизвестные 3-нитрозо-а-карболины (Таблица 1), а образование продуктов пиримидо[1,2-д]индольной структуры (VIII) в этих условиях не наблюдалось

Таблица 1 — Замещенные З-нитрозо-а-карболнны

Исходные нзонитрозо-Р-дикетоны Полученные З-нитрозо-а-карболины

И И.' № и. И' Выход, % Т пл °С

СНз СНз V СН3 СНз 50 235

СНз С6н5 VI СН,(С6Н5) С6Н5(СН3) 40 —

С61Г5 с6н5 VII сбн5 С6н5 0 —

Необходимо заметить, что введение в изонитрозо-р-дикетон арильных заместителей приводит к снижению выхода целевого продукта, а при циклоконденсации 2-аминоиндола с изонитрозодибензоилметаном (11=11— С^Нг) соответствующего а-карболина (VII) не образуется, вследствие снижения карбонильной активности дикетона

При проведении циклоконденсации изонитрозоацетилацетона с 2-аминоиндолом в спиртовом этилате натрия, выход а-карболина (V) составлял 42%, (в пиридине — 50%) Следовательно, для осуществления данной конденсации необходимы более мягкие условия, то есть слабоосновные среды

Состав и строение впервые полученных соединений (V, VI) подтверждено данными 'Н и 1 С ЯМР, ИК-, УФ-спектроскопии, масс-спектрометрии и согласуется с данными элементного анализа

Кроме того, образование продуктов а-карболинового строения доказано встречным синтезом (Схема 5) Для этого был получен 2,4-диметил-а-карболин (IX) по известному методу, гетероциклизацией гидрохлорида 2-аминоиндола и ацетилацетона Синтезированный нами 2,4-диметил-З-нитрозо-а-карболин (V) восстановили до соответствующего амина, который продиазотировали и восстановили фосфорноватистой кислотой до 2,4-диметил-а-карболина (IX) ИК- и масс-спектры полученных а-карболинов полностью совпадали, а температура плавления пробы смешения депрессии не дала

Схема 5

Ол

сн3

Примечательно, что в исследуемой нами циклоконденсации изонитрозо-р-дикарбонильных соединений с 2-аминоиндолом образуются исключительно а-карболины, а в известных конденсациях (3-дикетонов с гидрохлоридом 2-аминоиндола образуются продукты как а-карболинового строения так и пиримидо[1,2-д]индольной структуры

При изучении влияния растворителей (Таблица 2) на образование 3-замещенных а-карболинов было показано, что в полярных растворителях выход целевого 2,4-диметил-З-нитрозо-а-карболина (V) увеличивается При проведении циклоконденсации в бензоле было установлено только хроматографически наличие а-карболина (V), а в этаноле а-карболин (V) не образуется По всей видимости, это объясняется легкой окисляемостью 2-аминоиндола в условиях превращения, поскольку был выделен осадок черного цвета, состав которого соответствовал продуктам распада 2-аминоиндола

Таблица 2 — Влияние растворителей на выход 3-нитрозо-2,4-диметил-а-карболина (т= 72 ч, Т= 20 °С)

№ Растворитель Характеристика растворителя Выход а-карболина (I), %

Т кип,°С Дипольный момент, ц (дебай)

1 ДМСО 189 3,96 68

2 ДМФА 152 3,86 64

3 Этанол 78,3 1,68 0

4 Пиридин 115,3 2,19 50

5 Бензол 80,1 0 следы

Таким образом, нами впервые показано, что изонитрозо-Р-дикетоны вступают в циклоконденсацию с 2-аминоиндолом с образованием ранее неизвестных 2,4-дизамещенных 3-нитрозо-а-карболинов

1.2. Синтез З-арнлазо-а-карболинов

Шестичленные гетероциклические соединения пиридиновой структуры, не содержащие сильных электронодонорных заместителей, не подвергаются прямому азосочетанию из-за их низкой реакционной способности в реакциях электрофильного замещения

Известно, что для получения некоторых гетероциклов, содержащих арилазогруппу, иногда используется метод циклоконденсации соединений, одно из которых содержит азогруппировку

Отмечая некоторую аналогию строения изонитрозо-р-дикарбонильных соединений и а-арилгидразонов 2,3,4-пентантриона, можно надеяться на успешную гетероциклизацию между а-арилгидразонами и 2-аминоиндолом

Вероятно, что взаимодействие 2-аминоиндола с 3-арилгидразонами 2,3,4-пентантриона пойдет по механизму, аналогичному приведенному на Схеме 4 То есть, при циклоконденсации 3-арилгидразонов могут образоваться продукты а-карболиновой и пиримидо[1,2-а]индольной структуры (Схема 6)

Для изучения циклоконденсации нами синтезирован ряд 3-арилгидразонов 2,3,4-пентантриона, часть из которых была получена впервые В УФ-спектрах всех а-арилгидразонов 2,3,4-пентантриона имеются общие полосы поглощения в области 230-240 и 360-370 нм

X 11=Н, XI Ы=2-С1, XII Я=2-Вг, XIII 11=2-1, XIV К=2-Ы02, XV К=2-СН3, XVI 11=3-М02, XVII ЯМ-Вг, XVIII К=4-СООС2Н5, XIX К=2-СН3, 4-КГОг

Схема 6

н

Х-Х1Х

н +

сн,

XX

Реакцию проводили при 20°С в пиридиновом растворе в течение 72

часов

Таблица 3 — Синтез 2,4-диметил-3-(арилазо)-а-карболннов

№ и Выход, % Т. пл, °С

X н 26 265-270 (разл)

XI 2-С1 68 282-285 (разл)

XII 2-Вг 49 281-283 (разл)

XIII 2-1 45 282-284 (разл)

XIV 2-ИОа 64 290-293 (разл)

XV 2-СН3 19 250 (разл)

XVI з-жь 50 291-294 (разл )

XVII 4-Вг 51 294-297 (разл)

XVIII 4-СООС2Н5 48 258-262 (разл)

XIX 2-СНз, 4-К02 48 261-263 (разл )

XXI 4-СНз 0 —

XXII 4-ОСНз 0 —

Действительно, при проведении циклоконденсации 2-аминоиндола с а-арилгидразонами 2,3,4-пентантриона (Схема 6) были получены продукты оранжевого цвета, плохо растворимые в воде и большинстве органических растворителей (Таблица 3)

Наличие различных заместителей в бензольном кольце 3-арилгидразона 2,3,4-пентантриона не влияет на строение продукта циклоконденсации. В то же время выход 3-арилазо-а-карболинов существенно повышается в случае электроно-акцепторных заместителей, а при наличии электроно-донорных заместителей (XXI, XXII) образование целевого а-карболина не наблюдалось

С целью доказательства строения полученных 3-арилазо-а-карболинов (Х-Х1Х), мы осуществили встречный синтез (Схема 7) Синтезированный нами 2,4-диметил-3-(2'-хлорфенилазо)-а-карболин (XI) восстановили до соответствующего амина, который продиазотировали и восстановили фосфорноватистой кислотой (р = 1,90 г/см ) до 2,4-диметил-а-карболина (IX) ИК- и масс-спектры синтезированного а-карболина (IX) по известной методике и полученного встречным синтезом, полностью совпали, а температура плавления пробы смешения депрессии не дала

Схема 7

Состав и строение впервые полученных соединений (Х-Х1Х) подтверждено данными 'Н и 1 С ЯМР, ИК-, УФ-спектроскопии, масс-спектрометри и согласуется с данными элементного анализа

Влияние растворителей (Таблица 4) исследовалось на примере гетероциклизации 2-аминоиндола с о-хлорфенил-а-гидразоном 2,3,4-пентантриона (Схема 8)

Схема 8

N ГЖ2 0=< Н СН

Таблица 4 — Влияние растворителей на выход 2,4-диметил-З-(2'-хлорфенилазо)-а-карболина (т= 72 ч, Т= 20 °С)

№ Растворитель Характеристика растворителя Выход а-карболина (XI), %

Т кип,°С Дипольный момент, 11 (дебай)

1 ДМСО 189 3,96 70

2 ДМФА 152 3,86 48

3 Этанол 78,3 1,68 68

4 Пиридин 115,3 2,19 68

5 Бензол 80,1 0 42

Как видно из Таблицы 4, в полярных растворителях выход целевого 2,4-диметил-3-(2'-хлорфенилазо)-а-карболина (XI) увеличивается

Таким образом, нами установлено, что а-арилгидразоны 2,3,4-пентантриона вступают в циклоконденсацию с 2-аминоиндолом с образованием ранее неизвестных и труднодоступных 3-арилазо-а-

карболинов, а образование соединений пиримидо[1,2-д]индольной структуры в этих условиях не происходит

2. Свойства синтезированных 3-замещённых а-карболинов 2.1 ИК-, *Н ЯМР-, 13С ЯМР- и масс-спектральиое исследование З-замещенных а-карболинов

Особенностью синтезированного а-карболина (V) является возможность нитрозо-гидроксииминной таутомерии

В электронном спектре соединения (V) в ДМФА в области 600-700 нм отсутствует полоса поглощения, характерная для п,я* перехода группы NO ароматических С-нитрозосоединений Это позволяет предположить о наличии оксимной формы (VB) и отсутствии нитрозоформы (VA) Кроме того, этот факт является дополнительным подтверждением того, что при циклоконденсации 2-аминоиндола и изонитрозоацетилацетона в пиридине соединения пиримидо[1,2-й]индолыюй структуры (VIII) не образуются, так как в этом случае может образовываться только нитрозоформа Соединение (V) содержит подвижный протон, поскольку происходит батохромный сдвиг длинноволновой полосы в 0 1 и NaOH из-за образования аниона, что подтверждает а-карболиновую структуру (VB)

В масс-спектрах а-карболинов (V, VI) имеются молекулярные ионы, соответствующие вычисленным (m/z 225), (m/z 287), соответственно. Интенсивность молекулярного иона (m/z 225) составляет 100% , что говорит о наличии устойчивого и высоко ароматичного соединения В масс-спектре (V) имеется фрагмент с m/z 195 (интенсивность 57%), образующийся при элиминировании NO-группы, кроме того, содержится фрагмент с т/г 208 невысокой интенсивности, образующийся при отщеплении от молекулярного иона группы ОН Для соединения (VI) данные масс-спектрометрического анализа аналогичны интенсивность молекулярного иона (m/z 287) составляет 100%, следовательно, это соединение устойчиво и высоко ароматично В масс-спектре (VI) имеется фрагмент с m/z 258 (интенсивность 92%), образующийся при элиминировании NO-группы, что подтверждает а-карболиновое строение (VI)

В 'Н ЯМР спектре соединения (V) в трифторуксусной кислоте содержатся два синглета алифатических протонов, соответствующих двум метальным группам 8, 3.0 и 3 2 м д и мультиплет в области ароматических

н

VA

VB

протонов 5, 7 4-8 16 мд, соответствующий четырем ароматическим протонам В спектре отсутствует сигнал протона пиррольного цикла в области 6, 6 0-7 0 м д , что подтверждает образование соединения (V), а не (VIII) В ПС ЯМР спектре соединения (V) в трифторуксусной кислоте имеются два синглета 5, 16 и 18 мд, соответствующие двум метальным группам и мультиплет 8, 108-149 мд, соответствующий одиннадцати ароматическим углеродам

В ИК спектрах соединений (X-XIX) отсутствуют полосы поглощения в области 1640-1720 см"1, что свидетельствует об участии обоих карбонилов 3-арилгидразонов в циклоконденсации Полоса поглощения 1700-1720 см"1 соединения (XVIII) отнесена к валентным колебаниям сложноэфирного карбонила а-Карболиновое строение соединений (X-XIX) подтверждается наличием в области 3100-3380 см"1 полосы поглощения валентных колебаний группы N-H Полосы 1594-1600, 1572-1578, 1478-1525 и 1449-1455 см'1 отнесены к валентным колебаниям С=С связей ароматических колец

В спектрах 'Н ЯМР соединений (X-XIX) в трифторуксусной кислоте в области 8, 2 40—2 83 м д находятся два синглета, соответствующих протонам метальных групп Мультиплет в области 8, 6 80—8 36 м д нами отнесен к сигналам восьми ароматических протонов. В спектрах 'Н ЯМР отсутствуют сигналы протона пиррольной части пиримидо[ 1,2-а] индола (XX), который по литературным данным находится в более сильном поле Это также позволяет нам приписать соединениям (Х-ХХХ) строение а-карболинов, а не пиримидо[1,2-а] индолов

В масс-спектрах соединений (X-XIX) имеются пики молекулярных ионов, соответствующие рассчитанным. Распад молекулярных ионов, образующихся при электронном ударе из 3-арилазо-а-карболинов (X-XIX), происходит одинаковым образом Вначале отщепляется заместитель в ариле с образованием соответствующего фрагмента, затем элиминируется арил и N2 с образованием устойчивого осколочного иона высокой интенсивности с m/z 195 (аналогично соединению V). Этому иону нами приписана структура 2,4-диметил-а-карболиния (ХХ1П)

+

н

ххш

Дальнейший распад (X-XIX) происходит с отрывом HCN и CH2CN с образованием ионов с m/z 168 и m/z 155 Последующая потеря группы СНз приводит к осколочному иону с m/z 140

Таким образом, а-карболииовая структура впервые синтезированных соединений (Х-Х1Х) подтверждается данными элементного анализа, ИК-, и 'Н ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии

2.2 Восстановление а-карболинов с азотсодержащим заместителем в 3-ем положении

Новая гетероциклизация 2-аминоиндола с изонитрозо-Р-дикетонами и а-арилгидразонами 2,3,4-пентантриона позволяет получать ранее труднодоступные 3-замещенные а-карболины. Введение азотсодержащего заместителя в 3-е положение а-карболинового ядра существенно расширяет область практического применения настоящей гетероциклизации и открывает путь к синтезу различных производных а-карболинового ряда С этой целью нами изучено восстановление нитрозо- и арилазопроизводных а-карболинов для получения ранее неизвестного 2,4-диметил-З-амино-а-карболина (XXIV) (Схема 9), который может быть использован в качестве полупродукта в органическом синтезе и для получения ряда препаратов с потенциальной биологической активностью

Схема 9

АсОН/ гп, 25°С

- о-С1СаН4ЫНг

I

н

XXIV

Восстановление (V) проводили цинковой пылью в уксусной кислоте при 25°С в течение 0,5 часа Целевой 2,4-диметил-З-амино-а-карболин (XXIV) был количественно выделен при нейтрализации реакционной массы Восстановление (XI) удалось осуществить цинковой пылью в уксусной кислоте в более жестких условиях, при 80°С в течение 2-х часов Выделение продукта проводили аналогично

Полученные вещества белого цвета имеют одинаковые при хроматографировании на пластине "Силосорб" (элюент — толуол этилацетат 1 1) Уксуснокислые растворы этих соединений имеют сильную фиолетовую флюоресценцию в УФ-свете ИК-спектры образующихся при восстановлении 3-нитрозо- (V) и 3-арилазо-а-карболинов (XI) соединений полностью совпадают и содержат полосы поглощения валентных колебаний связи С=С (аром ) 1608 см"1, валентных колебаний С—Н связей, а также полосы неплоскостных деформационных колебаний ароматического

кольца 3080 см'1 и 724 см'1, соответственно, для орто-дизамещенных производных бензола Полоса поглощения 3152 см"' отнесена к валентным колебаниям связи N-H пиррольного кольца, а при 3200 см'1 к деформационным колебаниям N-H

Масс-спектры образующихся при восстановлении 3-нитрозо- (V) и 3-арилазо-а-карболинов (XI) соединений одинаковы и содержат молекулярный ион m!z 211, соответствующий вычисленному значению для 2,4-диметил-З-амино-а-карболина (XXIV)

В 1Н ЯМР спектре соединения (XXIV) в трифторуксусной кислоте в области 5, 2 80 — 2 97 м д находятся два синглета, соответствующих протонам метальных групп, а мультиплет в области S, 7 31 - 8 02 м д отнесен к сигналам четырех ароматических протонов

Температура плавления пробы смешения двух продуктов депрессии не дала Таким образом, при восстановлении 3-нитрозо- (V) и 3-арилазо-а-карболинов (XI) получен один и тот же продукт 2,4-диметил-З-амино-а-карболин (XXIV)

2.3 Синтез 3-замещенных а-карболинов па основе З-амино-2,4-диметнл-а-карболина

Полученный 2,4-диметил-З-амино-а-карболин (XXIV), открывает возможность перехода к различным классам органических соединений, так как диазотирование 2,4-диметил-З-амино-а-карболина и последующее замещение диазогруппы, позволяют получать ранее недоступные производные а-карболинового ряда

Введение галогенов в 3-е положение а-карболинового ядра существенно расширяет практическую значимость гетероциклизации 2-аминоиндола с изонитрозо-Р-дикарбонильными соединениями и а-арилгидразонами 2,3,4-пентантриона

Диазотирование (XXIV) проводили нитритом натрия в трехкратном избытке минеральной кислоты

Полученные таким образом соли 2,4-диметил-а-карболин-З-диазония (XXV) использовали для синтеза замещенных 3-галоген-а-карболинов Так, при диазотировании 2,4-диметил-З-амино-а-карболина (XXIV) в соляной кислоте и последующем добавлении хлорида меди(1) был получен 2,4-диметил-З-хлор-а-карболин (XXVI) (Схема 10)

Для получения 2,4-диметил-З-бром-а-карболина (XXVII) диазотирование проводили в бромистоводородной кислоте с последующим добавлением бромида меди© Образование (XXVII) протекает в более жестких условиях необходима получасовая выдержка на кипящей водяной бане, а выделение 3-бром-а-карболина осуществляли разбавлением реакционной массы водой

Ч ЫаМО,/ННа1

XIV

@ о

М, На1

Си2На1^

XX Уа На1 = С| ХХУЬ На1 - Вг

Для получения 2,4-диметил-З-йод-а-карболииа (XXVIII) диазотирование проводили в серной кислоте с последующим добавлением раствора йодистого калия и йода (Схема 11) Для замещения диазогруппы на йод реакционную смесь кипятили на водяной бане до прекращения газовыделения Не прореагировавший йод удаляли обработкой реакционной массы насыщенным раствором №2503 После обесцвечивания отфильтровали 3-йод-а-карболин (XXVIII) светло-коричневого цвета

Схема 11

а?Нз © е

I 5

н

ХХУс

Характеристики и выходы впервые синтезированных 2,4-диметил-З-галоген-а-карболинов приведены в Таблице 5.

Таблица 5 — Синтез и свойства 2,4-диметпл-З-галогеи-а-карболинов

№ На1 Выход, % Т. пл,°С

XXVI Хлор 63 320-322

XXVII Бром 57 255-256

XXVIII Иод 21 235-236

Активность галогенов в реакциях замещения азота в диазониевых солях а-карболина уменьшается в ряду хлор > бром > йод, что согласуется с литературными данными для ароматических диазосоединений

Строение и состав впервые синтезированных галогенопроизводных а-карболинов (XXVI, XXVII, XXVIII) подтверждается данными элементного анализа, ИК-, ^Н ЯМР- и хроматомасс-спектрометрии

Данные элементного анализа соответствуют расчетным для 2,4-диметил-З-галоген-а-карболинов В масс-спектрах соединений (XXVI, XXVII, XXVIII) имеются пики молекулярных ионов, соответствующие расчетным Распад молекулярных ионов, образующихся при электронном ударе из 3-галоген-а-карболинов (XXVI, XXVII, XXVIII), происходит одинаковым образом Вначале отщепляется галоген от пиридинового кольца а-карболинового ядра с образованием устойчивого осколочного иона высокой интенсивности с m/z 195 (аналогично соединениям а-карболинового строения V, X-XIX, XXIV)

В спектре 'Н ЯМР соединений (XXVI, XXVII, XXVIII) в трифторуксусной кислоте в области 5, 2 80—2 97 м д находятся два синглета, соответствующих протонам метальных групп Мультиплет в области 5, 7 31—8 02 мд отнесен к сигналам четырех ароматических протонов В ИК-спектрах для всех 3-галоген-а-карболинов (XXVI, XXVII, XXVIII) имеется полоса 3400-2920 см"1, которая нами к поглощению валентных колебаний связи N-H пиррольного кольца.

Поскольку нам впервые удалось получить 3-диазопроизводное а-карболина, представлялось интересным осуществить возможность азосочетания диазосоединений а-карболиновой структуры. С этой целью для хлорида 2,4-диметил-З-диазоний-а-карболина (XXVa) мы провели реакцию азосочетания с фенолом в 0,2 н растворе натриевой щелочи (Схема 12) После добавления диазониевой соли а-карболина к щелочному раствору фенола (XXVa) появлялся осадок оранжевого цвета, выход азосоединения (XXIX) составлял 44%, т пл 300-305°С

Схема 12

XXVa XXIX

Состав и строение полученного таким образом 2,4-диметил-3-(4'-гидроксифенилазо)-а-карболина (XXIX) доказано методами элементного анализа и 1Н ЯМР-спектроскопии.

Таким образом, сочетание диазопроизводных а-карболинового ряда и получение 3-арилазо-а-карболинов, синтезированных через циклоконденсацию 2-аминоиндола с а-арилгидразонами 2,3,4-пентантриона, дополняют друг друга и в значительной мере расширяют препаративные возможности настоящей гетероциклизации

18

ВЫВОДЫ

1 Впервые осуществлена гетероциклизация изонитрозо-jj-дикарбоннльных соединений и 3-арилгидразонов 2,3,4-пентантриона с

2-аминоиндолом

2 Установлено, что гетероциклизация функционализированных р-дикетонов в основной среде приводит к образованию 3-замещенных 2,4-диалкил(арил)-а-карболинов, а пиримидо[1,2-а]индольные структуры в этих условиях не образуются

3 Определены препаративные возможности метода синтеза

3-замещенных а-карболинов Показано, что арильные заместители в изонитрозо-р-дикетонах приводят к снижению выхода З-нитрозо-2,4-диалкил(арил)-а-карболинов, а арилгидразоны с акцепторными заместителями дают соответствующие 3-арилазо-а-карболины

4 Показано, что 3-нитрозо- и 3-арилазо-2,4-диметил-а-карболины количественно восстанавливаются с образованием ранее неизвестного 3-амино-2,4-диметил-а-карболина

5 Впервые показано превращение 3-амино-2,4-диметил-а-карболина в соответствующее диазосоединение и синтез на основе его ранее неизвестных 3-арилазо- и 3-галогензамещенных-а-карболинов

6 Изученные методы гетероциклизации 2-аминоиндола и функционализированных Р-дикетонов позволили получить 17 ранее неизвестных 3-замещенных-2,4-диалкил(арил)-а-карболинов, состав и строение которых подтверждено методами ИК-, УФ-,*Н и 13С ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии и встречным синтезом

Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в проведении масс-спектрометрических исследований Л М Покровскому (НИОХ им Ворожцова, г Новосибирск), за помощь при проведении исследований методами !Н и 13С ЯМР спектроскопии А А Кондрасенко (КРЦКП КНЦ СО РАН, г Красноярск)

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1 Роот, Е В Циклоконденсация 2-аминоиндола с а-арилгидразонами 2,3,4-пентатриона [Текст] /ЕВ Роот, Е С Семиченко, ГА Субоч // Тез докл 1-го междунар. форума (6-й междунар конф) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 12-15 сент 2005г) Самара, 2005, т 9 -С. 80-81.

2 Семиченко, Е С Применение функционализированных Р-дикарбонильных соединений в гетероциклизации [Текст] / ЕС

Семиченко, Е В Роот, Г А Субоч // Известия высших учебных заведений Химия и химическая технология 2005 Т 48 №8 -С 109-112

3 Роот, Е В Масс-спектрометрическое исследование а-карболинов [Текст] /ЕВ Роот, Е С Семиченко, Г А Субоч // Тез докл всерос науч -практ конф , посвящ 75-летию Сибирского государственного университета «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения» (Красноярск, 12-14окт 2005 г) Красноярск, 2005, т 1 -С 204-206

4 Роот, Е В Циклоконденсация 2-аминоиндола с изонитрозоацетилацетоном [Текст] /ЕВ Роот, В Е Зандер, Н А Шаркова, Е С Семиченко, Г А Субоч // Тез докл науч -практ конф, посвящ 75-летию Сибирского государственного университета «Лесной и химический комплексы — проблемы и решения» (Красноярск, 12-14 окт, 2005 г) Красноярск, 2005, т 3 - С. 257-259

5 Семиченко, ЕС К синтезу 3-арилазо-а-карболинов [Текст] / Е С Семиченко, Е В Роот, И А Кондрасенко, Г А Субоч // Тез докл междунар конф по орг химии «Органическая химия от Бутлерова и Белынтейна до современности», посвящ 145-летию теории строения органических соединений AM Бутлерова и 100-летию памяти о ФФ Бейлыдтейне (Санкт-Петербург, 26-29 июня 2006 г) СПб, 2006 - С 343

6 Роот, ЕВ О строении продукта циклоконденсации

2-аминоиндола с изонитрозоацетилацетоном в пиридине [Текст] /ЕВ Роот, Е С Семиченко, Г А Субоч // Тез докл 2-го междунар форума (7-й междунар конф ) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2023 нояб 2006г ) Самара, 2006, т 9 - С 39-41

7 Семиченко, Е С Циклоконденсация 2-аминоиндола с

3-арилгидразонами 2,3,4-пентантриона [Текст] /ЕС Семиченко, Е В Роот, Л М Покровский, Г А Субоч // Журн орган химии 2007 Т 43, № 3, с 407-409

Сдано в производство 19 04 07 Формат 60x841/16 Уел печ л 1,0 Изд № 6-09 Заказ № 2049 Тираж 100 экз

Редакционно-издателъский центр СибГТУ 660049, г Красноярск, пр Мира, 82