Внутримолекулярные нуклеофильные реакции в системе 3-нитрокумарина тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи НАМ Наталия Леонидовна

УДК 547.587.51 : 547.738

ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НУКЛЕОФИЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ В СИСТЕМЕ 3-НИТРОКУМАРИНА

(02.00.03 — органическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор химических наук, профессор В. Н. Дрозд, научный консультант—доктор химических наук, профессор В. Н. Князев.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор А. Ф. Грапов; доктор химических наук, профессор В. И. Соколов.

Ведущая организация — Тульский государственный педагогический институт им. Л. Н. Толстого.

Защита состоится 8 февраля 1993 г. в 15 час. 45 мин. на заседании специализированного совета К-120.35.04 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан 8 января 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета К-120.35.04 — кандидат химических наук, доцент

Г. П. Токмаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ' '

Актуальность теми. Важнейшим объектом изучения иуклеофильной реакцио!?ной способности являптся ароыатачесхиз нитропроизводнш, часто имюльзуежэ з качестве ыоделыщх систем для выяснения мэхвь низма процессов нуялеофильного замещения. В последнее время вникание исследователей все чаще привлекает и соединения гетероциклического ряда, поскольку варьирование структура олектронодефкцит-ного фрагмента значительно углубляет понимание факторов, влияющих на нуклеофильнуп реакционную способность. Для реакций, протекают* по механизму | ключевой стадией процесса является проиэяуточ-ноо образованна шпюнньгс б-кокплексов нейзенгеймеровсхого типа, стабильность которых во многом определяется способность!) элентро-нодофицитного фрагмента делокалиэировать зардд дополнительного электрона. В этом плане особый инторэс представляет изучение анионных б-комплексоз, образующихся при атаке нуклоофила на гатарз-ароматические субстрата, которые обяадшзт, как правило, мзнеэ вы-' ракеннки ароматическим характером.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР МСХА им.К.А.Тиыирязева и Координационным кланом АН СССР по направленна, "Синтетическая органическая химия", раздел 2.11.2.4,

Цель работы; Изучение спиро-б-йомгошксов мейзенгеРыеровсиого типа систеш 3-нитрояукаркна.

Научная новизна. В ходе настоящего исследовали/ был зкачитзль-ио расширен ряд ввделекных или зЕфияснровэдаих в растворе спиро-кошлексоэ этого топа. Получены спирскошлекен с 1,3-бснзодиоксо-ловш, 1,3-бензоксатаоловш, 1,3-дитоаяовда, океазолвдлювш и бонзЬксаэояиновым спироцихлаих, что позволило оцгнить ядияниа на тормодиншнческуя стабильность ко;яшисов и их реакционную способность варьирования природы нуилеофилыгах центров X я У (0,Н,2) и

типа звена, связувдего нуклеофильные центры.

Исследована возможность синтеза нейтральных гетероцикличес-. ких структур, спиросочлененных по положению 4 системы 3-нитро-3,4-дигидрокумарина, при взаимодействии бис-тиолов с соответствующими 4-хлоркумаринами. На примере спирокомплекса с I,3-бензоксатиоло-вым кольцом впервые отмечено, что внугримолекулярная нуклеофиль-ная 1,2-циклмзацмя орто-гидрох.сидиарилсульфидо>в может протекать с предварительной перегруппировкой Смайлса. Полученные результаты позволили создать достаточно четкую картину влияния электронных и структурных факторов на процессы внутримолекулярной нуклеофильной циклизации и устойчивость циклических форм в системе кумарина;

Практическая ценность работы. Анионные б-комплексы Мейзен-геймера часто используются как адекватные модели элементарных стадий реакций активированного нуклвсфильного замещения, протекающих по механизму ЗдА**» позволяет широко моделировать влияние различных факторов на скорость реакций, стабильность штериеДиагов, процессы анионотропной таутомерии и перегруппировок и, тем самым, решать общие теоретические вопросы Органической химии. Осуществлен синтез новых типов гетероциклических структур.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на 18 Конференции по химии и технологии органических соединений серы (Казань, 1992г.).

ЦуйЯякации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и те-агийы Доклада на научной конференции.

'Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на ПО 'страницах, построена традиционно и состоит из введения,' литера-'турного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и заканчивается выводами и списком литературы.

. - 2 -

Во введении отражены актуальность проблемы изучения реакций ароматического нуклеофильного замеяения, ключевой стадией которых является образование анионных спиро-б-комплексов, сформулированы цели и методы исследования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В рамках изучения механизма реакций внутримолекулярного активированного нуклеофильного замещения была исследована возможность получения на основе кумариновой системы гетероциклических аналогов анионных спкрокомплексов Мейэенгеймера.

I. Реакции с серосодержащими бис-нуклеофиламн

Ранее на кафедре органической химии ЫСХА был обнаружен факт неожиданного образования устойчивых нейтральных спироциклических бнс-гетероциклов - спиро[3,4-дигидро-2Н-[1]бенэопиран-4,2-[1,3]-дитиолан]-2-онов и соответствующих им анионных спиро-б-комплексов при взаимодействии З-нитро-4-г-лоркумаринов с 1,2-этандитиолом.

Для пикрильных производных известно, что удлинение циилизую-щегося фрагмента, связывавшего два нуклеофильных центра, т.е. расширение спироцикла, приводит к резкому снижению стабильности спирокомплексов за счет большей потери вращательной свободы боковой цепи при Замыкании кольца. В связи с этим представляло интерес проследить влияний:на процесс спироциклизации последовательного увеличения длины звена, связывающего два нуклеофильных ¿-центра, а именно,, попытаться зафиксировать цинло-цепную таутомерию при переборе рядов 1,2-этан-, 1,3-пропан- й 1,4-бутандитиольных производных 3-нитро-2Н-1-бензопиран-2-оиов.

Взаимодействие 1,3-пропандитиояа с 3-нитро- (1а) и 3,6-ди-нитро-4-хлор-2Н-1-йензопиран-2-онами (16) приводит, кая и в случае

с 1,2-зтандитиольного производного, к образовании спироциклических соединений - 3-нитро^ и 3,6-динитроспиро[3,4-дигидро-2Н-[1]бензо-пиран-4,2-[1,3]дитиан]-2-онов (11а,б), В отличие от этого конденсация соединения (1а) с 1,4-бутандитиолои дает продукт "открытого" типа - 4-(4-меркаптобутилтио)-3-нитро-2Н-1-бензопиран-2-он (Ei), и, как следствие, раакцив осложняется образование« значительного количества 5,8-бис(3-(штро-2Н-1-бензопиран-2-он-4-ил)-1,4-бутандитиола (1У).

, £

се ■

CÖ!

•^0 0 Л^О'

£ ■ п и/ч /<гх Ж0-5

Спироструктура соединений"(Па,б) подтверждается наличием о спектрах ШР -скнглета протока Н при соответственно 6.05 и 6,08 м.д.'и нсэктевалснтностьв всех вести протонов 1,3-дмтианового цикла ь обоих случаю:. 3 отличив от этого нвблвдаеше в спектре ШР два триплета при 1.37 и 8.04 и.д., дублет трипле«ов при 2.55 и,д. *н «уяьтиплет при 1.78 м.д. с соотношением интенсивностей 1:2.•2?4 однозначно характеризуют структуру соединения (Ш) как "от-щглуп" форму и обусловлена резонансом соответственно груш 5Н, , В- и -С^. Получекныз значения констант сгаш-спкнового ®8£имодойствия свидетельствуют о преимущественной, коифориации кресла I,3-дятианового цикле в соединениях Ша,б). Конфориация соединения не меняется при переходе от раствора к кристаллу (данные РСА)*. '.. '

"Автор выражает глубокую благодарность Д.С.Юфиту к Ю.Т.Стручкову (ИНЭОС) за проведение рентгеноструктурного анализа.

Таким образом, способность к спироциклизации (нуклосфилыюму присоединении группы 5К к активированной двойной связи 4-Н5(СН2)лЙ -3-нитро-2Н-1-б0нзопиран-2-онов резко снижается при переводе от П » 2,3 к л = 4. Температурный фактор [нагревание в ДМСО-с^ соединения (Па) до 37ЗК и охлаждение в ССС1д соединения (Ш) до 215К] не приводит к сдвигу равновесия в предполагаемых ко-льчато-цепнш процессах. Для соединения (Па) наблюдается лдаейтя зависимость от температуры: в интервале 290-37ЗК ^(Н7-Н3)«

0.825(±0.057) - 125.1(*19Л)Т, г* 0.999, п» 5, Р « 0.95.

Для ранее исследованного 3-нитро-2Н-1-бекзопиран-2-он—Сильного производного I,2-этандитиола, существующего, яея уяо упомянуто, в спироциклической форме, взаимодействие С В^Я приводит к образованию стабильного анионного свирокшпяекса, который в дальнейшем распадается с выбросом молекулы тамрана до триэтнламмоние-вой соли 4-меркапто-3-нитро-2Н-1-бензопиран-2-она. Введение нктро-групгш в положение б кумаринового едра не меняет ситуацию по крайней мере на качественном уровне,

В отличие от этого из соединений- (Па,б) только дитиан (Пб> при действии ЕЦН образует стабильный спирокомплекс (Уб), выделенный в виде триэтиламмдаиевой соли, а соединений (Па) в этих уело-виях сразу дихлизуется до 9,Ю-дигидро-6Н,8Н-[1,4] дитиепино[2,3-с] [I] бензопкран-б-она (У1а) путем внутримолекулярного нуклеофиль-ного замещения ниГрогруппы в положении 3. Спирскомплеяс (Уб) а растворе С£)С1д через 24 часа только на 50$ распадается на ряд соединений., одним из которых является продукт орто-цикякзации - 2-иитро-9, Ю-дигидро-бН ,<8Н- [1,4] дитиегг/но [2., 3-е] [I] бензопиран-б-он (У1б).

^ ^ СО- ч««

о-

Изменения, происходящие в ИК, электронных и спектрах ПМР при переходе от исходного соединения Шб) к спирокомплексу (Уб), подтверждав структуру последнего. В частности, в спектрах исчезает синглет протона Н^, становятся эквивалентными протоны а-Н^, а-Н^

и соотвественно е-Н^, е-Н®; в сильные поля смещаются сигналы про-7 8

тонов Н >° ароматического кольца.

Для соединения (Ш) открытой структуры образование спирокомп-лекса не зафиксировано. После добавления в спектре ПМР (С5С1д) соединения Ш) происходит только уширение сигналов, а в электронном спектре (ацегонигрил) - появление длинноволновых максимумов поглощения не наблюдается; •

Существенным отличием в реакционной способности соединений, связанное с расширением дитиеспироцикла, являются пути распада этих соединений в кислых и нейтральных средах. Для 3,6-динитро-спиро [3,4-дигидро-2Н- [I]-бекзопкран-4,2- [1,3] дигиолан] -2-она (УПб) в водном ацетонитриле достаточно легко протекает процесс раскрытия лактонового кольца с последующим декарбоксилированием до 2-(2-ок-си-5-нитрофенил)-2-нитрометил-1,3-дитиолана СУШ), а в кислой среде соединение (УПб) гидролизуется до 2-меркяпгоэтилового ¿-эфира 2-окси-5-нитробензойной кислоты (IX).

Г~$Н ' '

ДО

о М, Г

«

,

"И

И»0

■сро*

он

N111

Б отличив от этого, пропандитиолъное производное 3,6-динитро-кумарина (Пб) при кипячении в водном ацетонитриле устойчиво, а при нагревании в присутствии концентрированно? соляной кислоты превращается в 5-нитроспиро[2,3-дигидробензофуран-3,2-[1,3]-дитиан]-2-он (X).

О

П- "«К

0-^0

Такая трансформация соединения (Пб) достаточно необычна,и однозначное доказательство структуры (X) было получено в результате рентгеноструктурного исследования этого соединения.

2. Взаимодействие с 0,5-биснуклеофилом (о-меркаптофенолом)

Существенное влияние на стабильность комплексов оказывает природа гетероатомов X и У. ^ связи с этим мы изучили возможность образования спирокомплекса. кумарина с 1,3-бензоксатиоловым кольцом, 2,4,6-тринитробензольный аналог которого надежно зафиксирован не был вследствие его низкой стабильности.

Исходные соединения Ша,б).были получены конденсацией соответственно 3-нитро- и 3,6-динитро-4-хлор-2Н-1-бензопиран-2-онов с о-меркаптофен?лом в присутствии Е^Н в этилацетате.

Л. ^ &

^ЧЛ • вин

й

й = Н (а), Н02 (б) "

Структура полученных соединений была доказана спектральными методами. Так, в спектрах ПМР исходны^ соединений (Х1а,б), снятых в ацотоне-а-, наблюдается синглет протона фенольной гидроксильной

группа при 9,53 и 9.75 м.д. соответственно. Этот же сигнал в даСО-4 наблюдается при 10.62 и 10.81 м.д. В ИК спектрах (таблетка КВг) эта группа поглощает в области 3360 см-*, а нитрогруппа в положении 3 у соединения Ша) - в области 1б40 и 1360 см-*.

При Добавлении Е4:дй к растворам исходных соединений в спектрах ШР происходят существенньга изменения,' характерные при образовании комплексов. Так, исчезает синглет протона группы ОН, а сигналы всех ароматических протонов смещаются в сильные поля на 0.30.5 м.д. Исключение составляет сигнал прогона ¡Р, положение которого остается практически неизменным при переходе от соединений (Х1а,б) к соответствующим соединениям (ХПа,б).

При добавлении в ампулу ЯМР трифторуксусной кислоты происходит немедленноэ и полное преобразование спектров комплексов в спектры исходных соединений, что свидетельствует об обратимом характере процесса. Спирокомйлексы (ХПа,б) были выделены в виде три-этияаымониевих еолой, и их спектры полностью совпали со спектрами комплексов, поденных ¡п вИи.

хТ*

В ИК спектрах этих солей по сравнению со спектрами исходных соединение (Х1а,б) происходят характерные изменения. В обоих случаях наблюдается смещение в низкочастотнут) область полосы погло-аения карбонильной группы и нитрогруппы в положении 3, которые участвуют в делогсаЛизации отрицательного заряда. Полоса поглощения нитрогруппы в положении 6 остается неизменной для комплекса (ХПб). В электрошок спектрах при образовании спирокошлексов наблюдается усиление длинноволнового поглощения.

Таким образом, проведенные исследования позволяют утверждать о том, что комплексы 3-нитрокушрина с 1,3-бензоксатиоловьм кольцом оказываются значительно стабильнее аналогичных 2,4,6-тринит-роциклогексадиенатны"' спирокошлексов.

Зо все^ известных в литературе npmepav 1,2-циклизация о-ги-дроксидифенилсульфидов с выбросом орто-нуклеофуга протекает без перегруппировки СмаСлса, т.е. орто-заместитель (например, нитро-группа) вытесняется кислородным нуклеофильным центром. В отличие от этого, нагревание в ацетонитриле спирокомплексов (ХПа,б) или исходных соединений (XIa.d) в присутствии оснований приводит в обоих случаях к образованию смеси двух возможных региоизоиерных бензоксатиинов (ХШа,б) л (Х1Уа,б) соответственно в соотношении примерно 1:1. '

Для доказательства строения бэнзсясатиинов (ХШа) и (Х1Уа> было проведено их десульфурированиэ над никелем Ренея, в результате чего были получены 3- и 4-фенокса-2Н~1-бензопиран-2-оны соответственно. ■.••."'.'.

Образование изомеров (Х1Уа,б) служит первым примером внутримолекулярной нуклеофильной I,2-цихлгаации о-гидроксидиарилсульфя-дов, протекающей с перегруппировкой Смайлса, что скорее всего

обусловлено относительно высокой стабильностью промежуточно образующихся спирокомплексов (ХПа,б).

3. Реакции с кислородсодержащими бис-нуклеофилаыи (пирокатехинами)

Образование анионных спироциклическиг мейэенгеймеровских структур в ряду кумарина из нейтральных открытых форм было обнаружено нами и на примере пирокатехиновых производных 3-нитрокума-рина (ХУа-г). Для их получения реакцию проводили в абсолютном бензоле в присутствии £^38.

'О1 СУ

иГЪ

*}о-г о-2 ■'

R1 . R2 . Н (a); R1 - Н, F2 « CI (6); R1 - H02, R2 « H (в);

R1 - Д02, R2 - CI

Оказалось, что даже при использовании эквимольного количества основания в качестве продуктов реакции образовывались тризтил-аммониевые соли (ХУ1а-г). Такой характер взаимодействия свидетельствует о значительной термодинамической устойчивости анионов (ХУ1), обусловленной энтропийной жесткостью циклизующегося пирокатехине-, вого фрагмента в нейтральных соединениях Ш).

В итоге синтез нейтральных Открытых соединений (ХУа-г) был осуществлен при использовании двух эквивалентов Jä+gfl через вцделе-нив солей (ХУ1а-г) и последующим действием на них трифторуксусной кислоты. При подкислении солей (ХУ1а-г) водным раствором HCl образуются продукты гидролиза - 4~гидрокси-2Н-1-бензопиран-2-оны и пи- 10 -

рокате-'шш. Например, почти количественный распад соединений (ХУэ.г) наблюдается в растворе даСО-с!^ через 15 мин. Мононитро-проиэводные (ХУа) несколько более устойчивы к гидролизу. А отличие от производных монотио- и дитиопирокатехина, соответствующие спирокомплексы с пирокатехиновым фрагментом не циклизуптся путем внутримолекулярного замещения З-нитрогруппн даже при длительном нагревании в ацетонитриле.

Структура соединений (ХУа-г), как "открытых" форм, и спиро-циклическая структура (ХУ1а-г) подтверяздавтся их ШР ИК и электронными спектрами, в которых при переходе (ХУзг=ХУ1) происходят весьма характерные изменения.

С целью однозначного доказательства спироциклической структуры аниона (ХУ1) выполнено рентгеноструктурнов исследование три-этиламмониевой соли (ХУ1в). В кристалле соли (ХУ1в) анионы и катионы Е^-дЯН* объединены в ионные пары вилочными водородными свяэя-

О А

ми П-Н...0 с участием атомов кислорода 0 и 0 (рисЛ).

Для анализа распределения электронной плотности проведено квантово-химическое исследование строения аниона (ХУ1в), в котором для упрощения расчета пирокатехиновый фрагмент был заменен на две гидроксильные группы 07н9 и (А)10. Расчеты проведены по методу Ш00, использована версия прогршлм ЫШЮ/НЗ для Ш-ЭШ*.

Из полученных результатов (габл.П следует, что на фрагменте 0^С^С3Я10304 сосредоточен заряд -1.04, который неравномерно распределен по атомам: наблюдается значительное его альтернирование. Можно предположить, что протонирование аниона (ХУ1) (процесс пере-

*Автор выражает глубокую благодарность И.В.Станкевичу и А.Л.Чистякову (ИНЭОС) за проведенные расчета.

хода комплекса в нейтральную форму) будет происходить не как прямая атака пророна на. один.из атомов кислорода 1,3-бензодиоксолано-вого цикла, а путем присоединения протона к атому С , несущему наибольший отрицательный заряд, с образованием неустойчивого ин-термедиата, который затем по внутри- или мекмолекулярному пути преврашается в (ХУ).

Таблица I

Распределение эффективных зарядов на атомах модельной системы

Атом Атом <?х ■ 1 — Атом Атом Чх

О1 -0.28 О4 -0.43 С8 -0.14 О6 -0.35

С* 0.44 С4 0.42 ■ С7 0.05 Н7 0.08

О2 -0.34 О7 -0.29 с6 -0.17 н5 0.11

с? -0.55 о8 . -0.29 с5 • о.п н8 ■ 0.08

н1 0.54 с4а -0.25 н8 0.49 н9 0.16

о3 -0.42 с8а 0.24 о5 -0.38 ню 0.16

4. Взаимодействие с И,О-бис-нуклеофилами

Следующим этапом нашей работы было исследование принципиальной воэмопности образования в системе 3-нитрокумарина анионных спиро-б-комплексов мейзенгеймеровского типа, когда нуклеофильнцми центрами бнс-нуклеофила являются аминный азот и кислород спирта

или фенола. Конкретно, в качестве бис-нуклеофилов были использованы 2-П-Е-аминоэтанолы и. о-Н-Е-аминофенолы.

Исходные соединения: 4-(2-гидроксиэтиламино)-3-нитро-2Н-1-

бензопиран-2-он (ХУПа), 4-(Н-2-гидроксиэтил-П-метиламино)-3-нит-

ро-2Н-1-бенз спиран-2-он (ХУПб) и 4-(П-бензил-Н-2-гидроксиэтилами-

но)-3-нитро-2Н-1-бензопиран-2-он (ХУПв) были синтезированы взаимодействием 3-нитро-4-хлор-2Н-1-бензопиран-2-она с 2-амино-, 2-ме-тиламино- и 2-бензиламиноэтанолами в этаноле (ХУПа-в). Аналогично были синтезированы производные о-аминофенола и его И-метилэвмещенного (ХУШа.б): 4-(2-гидроксифениламино)-3-нитро-2Н-1-бензо'пиран-2-он (ХУШа) и 4-(Н-2-гцдроксифенил-П-метиламино)-3-нитро-2Н-1-бензо-пиран-2-он (ХУШб).

К . Н (а), СН3 (б),РЬСН2 (в)

В спектрах ЛМР соединений (ХУДя-в) наблюдается сигнал гидрок-сильной группы в виде уширенного триплета в области 4-6 м.д., а для соединений (ХУШа,б) - в виде уширенного синглета в области 9-10 м.д., что характерно для продуктов открытого типа. Кроме того, характер мультиплетности сигналов протонов этиленового фрагы мента свидетельствует об эквивалентности геминальных ыетиленовых протонов в группах С^О и С^Н, которые в альтернативной спиро-циклической структуре должны быть неэквивалентными. Еще одним доказательством образования открытых структур является отсутствие синглета в области 6-8 м.д., наблюдаемого для протона Н в спиро-циклических структурах. Соединения (ХУПб,в) оказались малоустойчивыми: первое из них уже при хранении, а второе - при нагревании

ПИ 0-6

XI* 1,1

1а

разлагались, образуя при этой смесь неидентифицированных продуктов.

Для получения спирокомплексов к растворам исходных соединений (ХУПб,в) и (ХУШб) был добавлен триэтиламин. При этом образовались соответствующие триэтиламмониевые соли спирокомплексов, причем комплексы (Х1Хб,в) были зафиксированы в растворе методом ГМР, а соль (ХХб) была выделена. Спироциклическая структура анионных комплексов (Х1Хб,в) подтверждается неэквивалентностью всех

четырех протонов Н*"^ этиленового фрагмента, что отражается в спел

ктрах 1МР появлением четырех мультиплетов.

В отличие от соединений (ХУПб.в, ХУШб) незамещенные по аминогруппе соединения (ХУПа, ХУШа) в щелочной среде не образуют спирокомплексов. При добавлении к раствору кумарина (ХУПа) в ДМСО-с^ триэтиламина или 4-ВцОК в спектре ПМР наблюдается лишь незначительное смещение (на 0.05-0.07 ы.д.) сигналов всех протонов в сильные поля. В случае кумарина

(ХУШа) (ацегон-с^, ЕЦН; ДМС0-с16, 4-Вц0К) происходящие смещения сигналов несколько большие (до 0.4 м.д.), однако их характер совершенно иной, чем при образовании спирокомплекса (ХУШб). По-видимому, взаимодействие оснований с соединением (ХУШа) приводит к ионизации последнего не только по группе ОН, но и по группе НН, как это имеет место, например, в случае И-фенилпикрамида. Для кумарина (ХУПа) ионизация по группе ПН менее вероятна, однако другим стабилизирующим фактором, препятствующим образованию спирокомплекса, может быть внутримолекулярная водородная связь ПН...НО2.

5. Изучение возможности образования спирокомплексов в системе 3-нитро-2(1Н)-хинолинона

Далее нами была предпринята попытка изучить возможность образования анионных спиро-б-комплексов в системе 3-нитро-2(1Н)-хи-

нолинона. Особенность этой системы связана со значительной дело-кализацией неподеленной пары электронов атома азота на ^-электронную систему карбонильной группы, что в конечном счете должно сникать участие этой группы в стабилизации анионных б-комплексов.

Взаимодействием 1-метил-3-нитро-4-хлор-2(1Н)-хинолинонов (ХХ1а,б) с I,2-этандитиолом в присутствии в качестве основания получены соединения, которые, как и в случае аналогичных производных 3-нитрокумарина, имеют спироциклическую структуру 1-ме-тил-3-нитроспиро [3,4-дигидро-2 (1Н) -хинолин он-4,2- [1,3]дитиолан] ов (ХХПа.б).

С£

HS SH

I

EUH

s. s»

!тХС

к

'¿ЙГ

J/U т а,ъ

R = Н (а), ГО2 (б) Спироциклическое строение соединений (ХХПа.б) подтвервдается

о ■

наличием в спектре ПМР синглета протона Н и нультиплета системы ABCD протонов этиленового фрагмента Н^»®. Интересно сопоставить некоторые спектральные характеристики соединения (ХХПа) с соответствующими характеристиками 3-нитроспиро[3,4-дигидро-2Н-[1]бен-зопиран-4,2-[1,3]дитиолан]-2-она (ХХШ) и 3-нитроспиро[3,4-дигидро-2Н-[1]бензотиопиран-4,2-[1,3]дитиолан]-2-она (ХХ1У). Так, в спек-

3

гре ШР (GDCIg) наблюдается закономерный сдвиг сигнала протона Н в сильные поля при замене гетероциклического атома кислорода в ку-мариновой системе (5.62 м.д.) на серу (5.53 м.д.) и метиламино-группу (5.47 м.д.), что более наглядно проявляется, если спектры сняты в даСО-dg: 6.62, б.63 и 6.14 м.д. соответственно. Аналогич-

I—I

сйГ

хГт

но, в ИК спектре полоса поглощения карбонильной группы для производного бенэопиранона (УПа) находится в области 1770 см"*, соответствующего производного бензотиопиранона - при 1695 см-* и хи-нолинона (ХХП) - при 1689асм~*. Как и в случае мононитрозамещенно-го (ХХПа), замена гетероциклического атома кислорода в динитроку-марине (УПб) на метиламиногруппу приводит к значительному смеще-

о

ниа положений синглета протона Н° в сильные поля (6.98 и 6.38 м. д., ДШМ$) и полосы поглощения карбонильной группы в ИК спектрах о низкочастотную область (1795 и 1680 см"*). Эти данные позволяют предположить, что в указанном ряду соединений стабильность соответствующих им спирокомплексов (или дане возмоетость образования) должна уменьшаться за счет увеличения электронной плотнос-3 2

ти на фрагменте С -С =0.

Даже при добавлении значительного (25-кратного) избытка Е^Я сигнал протона Н в спектра ШР не исчезает, хотя его интенсивность приблизительно вдвое уменьшается - результат, который свидетельствует о значительно меньием кислотном характере соединений (ХХПа,б) по сравнению с их 0- и Б-аналогами. Кроме того, в этом сравнении для соединения (ХХПа) наблюдается еще одно отличие. Если для кумаринового и бензотиопиранового производных в указанных выше условиях происходит распад анионов с выбросом молекулы тиира-на, то соединение (ХХПа) через 2 суток практически полностью превращается в 1,2-бис[3—нитро—2(1Н)—хинолинон-4—илтио] этан (ХХУ1).

XXIV

№л I

№

I!

5

М,

Го

сч,

* щал

дню

в - Н (а), ГО2 (б)

к

Ы>0

Попытка зафиксировать спирокомплекс (ЮСУа) методом ПМР, заменив триэтиламин трет.-бутилатом калия и дейтерохлороформ диметил-сульфоксидом-с^, который, как правило, оказывает стабилизирующее влияние на анионные б-комплексы, не увенчалась успехом. В этих условиях по спектру ШР фиксируется сразу распад исходного соединения (ХХПа) до этиленсульфида и соответствующей соли 4-меркапто-1-метил-3-нитро-2(1Н)-хинолинона (ХХУПа), хотя также образуется около 10$ дизамещенного (ХУ1).

Введение нитрогруппы в положение 6 ароматического кольца в данном случае не повышает устойчивость анионных спирокомплексов.

Таким образом, зафиксировать образование спирокомплексов (ХХУа.б) не удалось и можно констатировать, что замена в кумари-новой системе гетероциклического атома кислорода на более электро-нодонорные атом серы или метиламиногруппу приводит к резкому снижению стабильности соответствующих спирокомплексов, что, по-видимому, связано с уменьшением в последних случаях участия, карбонильной группы в делокализации дополнительного электрона спирокомплек-са.

выюдн

1. Проведено систематическое исследование электронодефицитной системы 6-£-4-Х-3-нигрокумарина в реакциях с бис-нуклеоф'илами. Зафиксировано нетривиальное образование спиро-гетероцикла в результате бис-нуклеофильной атаки на положение 4 кумарина с образованием новых анионных б-комплексов мейзенгеймеровского типа, что ранее лишь постулировалось для объяснения легкости замещения нуклеофуг-ных групп в положении 3 кумарина.

2. Показано, что в системе 3-нитрокумарина, имеющей в положении 4 фрагмент ХСН^СН^УН или о-ХС^Н^УН, в зависимости от нуклео-фильных свойств центра У возможно существование двух форм: открытого типа (X = У = 0; X = &, У = 0; X =* НИ, У = 0) и спироцикли-ческого типа (X = У « 8), образующейся в результате внутримолекулярного нуклеофильного присоединения группы УН по двойной связи

Обе эти формы при действии оснований превращаются в анионные спиро-б-комплексы различной степени устойчивости.

3. Исследовано влияние длины алхиленовой цепи, связывающей два нуклеофильных центра в ,и)-алкандитиолах Н$(СН.>)п!эН, на способность существования соответствующих З-нитрокумариновых производных в циклической (0= 2,3) или открытой (п= 4) формах и химическое поведение соответствующих им сопряженных оснований.

4. Взаимодействием 6-Н-3-нитро-4-хлоркумаринов с 2-меркапто-фенолом получены 6-1?-3-нитро-4-{2-гидроксифенилтио)кумарины, при' действии оснований превращающиеся в анионные спиро-б-комплексы с I,3-бензоксатиоловым кольцом. При нагревании эти комплексы цикли-зуются с образованием пары региоизомерных 2-Е-6Н- [I] бензопирано-

бензоксатиин-6-онов, причем образование последнего из которых включает предварительную перегруппировку

Смайлса, впервые отмеченную на этом примере при циклизации орто-гидроксидиарилсульфидов.

5, Взаимодействием З-нитро-4-хлорхумарина с 2-И-Е-аминоэта-нолами (R = H.Me.CHgPh) и о-Н-Е-аиинофенолами (R » Н,Ме) синтезированы соответствующие 4-(2-гидроксиэтиламино)- и 4-(о-гидрокси-фениламино)-3-нитрокумаркны, из которых только П-замещенные в присутствии оснований дают анионные спиро-б-комплексы.

6. Показано, что при переходе от системы 3-нитрокумарина к системе 3-нитро-Д.-хинолона устойчивость соответствующих анионных спиро-б-комплексов резко падает, хотя при взаимодействии 1,2-этан-дитиола с б-Е-З-нитро-4-хлор-Л-хинолонами по-прежнему образуются спироциклические I-метил-З-нитроспиро- и 1-метия-3,6-динитроспиро-[3,4-дигидро-2(1Н)-хинолинон-4,2-[1,3] дитиолан]и.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях: J Anionic Spirocyclization of 5-nitro-4-(2-iiydrox^phenoxy)-2H-

-l-benzopyran-2-one: Formation of Stabilized Meisenbeiraer type

Salts/ V.N.Drozd, V.N.Knyazev, W.L.Nam, D.S.Yufit, Yu. T.Stru-

chkov, I.V.Stankevich, A.L.Chietyakov, "V.P.Iezina, T.Ya.Mozha-

eva, Y.L.Saveljev// Tetrahearon-1992-Vol.48, iJ5-p.469-480.

Interaction of 4-chloro-3-aitro-6R-2H-1-beii2opyran-2-onas with

1,5-propaae- and 1,4-butaua<Iithiol5/ V.N.Drozd, V.N.Knyazev,

Jf.Ii.Nam, D.S.Yufifc, Yu.T.Strucbkov, T.Tfa.Mozhaeva, V-P.Lezina,

V.L.Saveljev// Sulfur Letters-1991-Vol.15CA;-p.-16^-170.

3. Спироциклические комплексы Мейзенгеймера. XXX. Образование анионных спиро-б-комплексов в системе 3-нитро-4-'(2-гидроксифе-нилтио)-6-Е-2Н-[1]-бензопиран-2-она и внутримолекулярная орто-циклизация, сопровождаемая перегруппировкой Смайлса/ Т.Я.Мока-ева, В.П.Лезина, В.JI. Савельев, Н.Jr.Нам, В.Н.Князев, В.Н.Дрозд//

ЕОрХ. - 1392. - т.28, Вил.б. - С. 4. Внутримолекулярное нуклвофильно© присоединение таолов по связи сЗ-с4 в 3-нитрокумаринах/ В.Н.Дрозд, Н.Л.Наи, В.Н.Князев, Т.Я. Ыожаева, В.Л.Савальев//Тезисл доклада 18 Конференции по Эсйипн и «хнологш органических соединений сори. - Казань. - 1992. -4.2. - С.77.