Алкилирование и ацилирование 1-азидо-4-гидрокси-9, 10-антрахинонов и гидроксиизоксазолантронов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

|Рп; од

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК 2 5 ГРИ СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ьпавасивирский институт органической хймии

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ Игорь Анатольевич

АЛКИЛИРОВАНИЕ И АЦИЛИРОВАНИЕ 1-АЗИДО-4-ГИДРОКСИ-9, Ю-АНТРАХИНОНОВ И ГИДРОКСИИЗОКСАЗОЛАНТРОНОВ

(02.00.03 — органическая химия)

Автореферат

диссертации на сонскание ученой степени кандидата химических наук

Новосибирск — 1995

ГЪбота выполнена на кафэдра химии Красноярского государственного педагогического университета

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Горностаев Л.М. Официальные оппоненты:

доктор хвдЕчесгаас наук, профессор Швариборг U.C. . пшдддт юшчвояих ваув Савельев B.À.

Ведущая организация:

Государствашша каучный центр РеоеаЕокой Фвдарадш "Научво-

яослвдовадмьовяа КЕсагстут оргшкчасквх полупродуктов х кра-

ситолей" р _ ¿р^г

Защита состоится "/,> " &i?YJ*èi\S>< 1995 г. в У часов на заседают спешализироваююгоСовета Д 002.42.01 при Новосибирском институте органической химии 00 РАН - 630090, г .Новосибирск, 90, пр. академика Лаврентьева, 9

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Новосибирского института органической химии 00 ЙШ

/ зюрвфервг раэосяг ч (йг^Н^ШЪ г.

Учёный секретарь специализированного совета

кандидат химических наук - "етрова Т.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТЖА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее время активно исследуются 1,10- и 1,4-антрахикокы. Интерес, как гетероаналоги 1,10-и(или)1,4-антрахинонов, представляют антра [1,9-сй] изоксаэолы, содержащие ОН-группу в положении 5. Во-первых, до сих пор на была известна их тонкая структура. Во-вторых, не изучена их реакционная способность в реакциях алкилирования и а дотирования. Последнее представляет интерес ещё и потому, что анионы, генерированные из них, могут проявлять двойственную реакционную способность. Такие реакции могут открыть путь к 6-замещен-ным 5-оксо-БН-антра [1,9-сс[]изоксазолам - гетероаналогам 1,4--антрахинонов, до сих пор не описанным. Эти исследования могут не только расширить и углубить современные представления об 1,4-, I, Ю-антрахинонах и их гетероаналогах, но и открыть путь к синтезу новых соединений с практически ценными свойствами. Представляет интерес также установление закономерностей термических и фотолитических превращений 1-азидо-4-ацилокси--9,10-антрахинонов - веществ, содержащих реакиионноспособныэ азидо- и ашлоксигруппы.

Цэяь работы состояла в изучении структуры, реакций алкилирования, апилирования и аминирования 1-азидо-4-гидрокси-9,10-антрахинонов и соответствующих б-гидрокси-5-оксо-ЕН-акг-ра ¡1,9—изоксазолов и 6-гидрсксинсфто [2,3-а] феноксаэии(фено-тиазин)-7,12-дионов, исследование раэли*--мх термических и фо-толитических пропессов в ряду полученных соединений.

Научная новизна. В настоящей работе впервые разработан удобный способ получения и изучены свойства различных 6-вотл (алкил, амино)-5-оксо-Ш-антра ¡1,9-0(1)изоксазолов. Впервые обнаружена и исследована ашлотропная перегруппировка в ряду

5-ашлокси-6~оксо-6Н-антра изоксазолов. Впервые изучена зависимость изменения реакционного центра в 5-алкокси- и

6-алкоксиантра [1,9-сс1) изоксазолах от структуры аминов при изучении реакций аминирования. Впервые изучено отношение 5--галоген-6-оксо-бН-антра [1,9-с л] изоксазолов к $-нуклеофилам

и описаны 5-аиилтиопроизводные 6-оксо-бН-антра [1,9-со1]изокса-золов. - .

Практическая ценность. Введение алкильных, аиильных и аминогрупп в различные положения б-гидрокеи-5-оксо-ЕН-антрл [l ,9-ccij иэоксазолов и 6-гидроксинафго [2,3-я] феноксазин-7,12--дионов позволяет но только синтезировать ранее неизвестные группы антрахиноновьпе красителей и значительно расширить их ассортимент, но и вести целенаправленный синтез новых гетероциклических производных антрахинонов, обладающих практически ценными свойствами. В настоящее время изучается биологическая активность более 30 синтезированных соединений.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 1У Всесоюзной конференции по химии карбенов (Шсква, 1987 г.), ка 1У Всесоазном совещании по фотохимии (Новосибирск, 1989 г.)

конференции "Ароматическое нунлеофияьное замещение" (Новосибирск, 1989 г.), на Всесоюзной конференции по химии азотсо-дариащих гетероциклических соединений (Черноголовка, 1991 г.), на Всесоюзной конференции по химии хиюнов и хиноиднъгх соеди-кэний (Красноярск, 1991 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и тезисы 5 докладов.

Обьём и структура работы. Диссертация изложена на 112 страницах, содержит 9 таблиц и 19 рисунков.

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 113 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

I. АЛКИЛИРОВАНИЕ И АИрИРОВАНИЕ 5-ГВДР0КСИ--6-0КС0-6Н-АНТРА [i ,9-cd} ИЗОКСАЗОЛШ

Нами было найдено, что исходные 5-гидрокск-6-оксо-6Н-ан-тра [1,9-сп[]изосазояы (I) в основной среде генерируют соответствующие амбидентныа анионы (II), которые в свою очередь, ал-кияируются иодистыми алкилами в уоловиях межфазного катализа с образованием смеси продуктов из 5-влкокси-6-оксо-6Н-антра и^оксазолов (III) и изомерных им 6-алкокси-5-оксо--ffl-антра [1,9-сл]изокеазолов (1У), которые легко разделяются хроматографически.

О—N

о—N

1л О оН О—N

R1

ла о "о о—N

о—N

Ш . О ORJ Л Н, ' СI, Bf ; R2 =

/V 0R3 о Н, Bf ; I?

Соотношение продуктов (III - 1У) предопределяется структурными факторами субстрата и алкилиругсцего агента.

Ашлирование изоксазолоноп (I) при комнатной температуре протекает более однозначно и приводит с высоким выходом к 6--атлокси-5-оксо-5Н-антра [1,9-cd]изоксазолам (У). Наличие а шло кс игру гит ы в соединениях (У) подтверждается, например, легким гидролизом их в исходные изоксазолоны (I). Вместе е.. тем ашлирование изоксазолоэ (I) при 180-200 К протекает иначе. В этих условиях образуются 5-аиилокси-б-оксо-бН-ентра [l,9-cd] ' изоксазолы СП1). При повшении температуры продукты (У1) необратимо изомеризуются в вещества (У).

о—ы

О—N

О—N

о—Ы

R1 = ОАг;

Б? = Н, Вп ;

& = С6% • СН3

г- Л -

Данные электронной спектроскопии согласуются с предложенными структурами для веществ (III, 1У, У, У1).

Можно заключить, что низкотемпературное ацшшроваше анионов (II) подчиняется кинетическому контролю, в алидирование при комнатной температуре приводит к термодинамически более стабильным продуктам (У), имеющим 1,4-хиноидную структуру.

2. О СТРУКТУРЕ Е-ГВДРОКСИ-6-ОКСО-6Н-АНТРА [i, 9-cctj ИЗОКСАЗОЛОВ

Сравнение УФ спектров исходных гидроксиизоксазолантронов Ч) с УФ спектрами закреплённых форм 1,10 и 1,4-хиноидных структур (Ш-1У) (рис.1), не позволяет достаточно точно приписать иэоксаэолям (I) 1,10- или 1,4-хиноидную таутомернуга структуру. Вместе с тем наличие в УФ спектрах изоксазолов (I) интенсивной полосы поглощения при 240нм, гипсохромный сдвиг этой полосы, наблюдаемый в результате метилирования в положение 6, и результат сравнения этих данных с соответствующими данными для 9-хлор-10-гидрокси-1,4-антрахинона (хинока Грина) и его Ю-метоксипроизводного позволяют предпочесть для изоксазолов (I) структуру 6-гидрокси-5-оксо-5Н-антра [l,9-c<i] изоксазолов (УГТ).

О—N 4

R К1

Vit ОН о

В дальнейшем для того.чтобы сделать окончательный выбор, ыы использовали данные ЛUP спектроскопии. Оказалось, нто ПМР спектры изоксазолов (У11) практически идентичны стектрам изоксазолов (1У) и отличаются от спектров изоксазолов (III).

В дополнение ыы ..ровели квантово-химический расчет энтальпии образования для изоксгазолов (I, УН). Оказалось, что структура (У11) на б.ЗкджЛюль термодинамически более выгодна, чем структура (I). Эти экспериментальные и расчетные данные позволяют по-видимому сделать окончательный выбор в пользу б-гидрс::си-5-оксо-®-антра [l,9-cd]изоксазолов (УН).

Ftoc. I. Электронные спектры поглощения и гептане 3-хлор-

-5-гидрокси-б-оксо-бН-антра [l,9-cd] изоксаэола (I), З-хлор-б-метокси-5-оксо-Ш-антра [l,9-cd) иэокоазола (2), 3-хлор-5-метокси-6-оксо-6Н-актра изок-

саэола СЗ).

3. ТЕРМИЧЕСКИЕ И 5ОТ0ЖГИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ Г-АЗДД0--4-А1Щ(АШИ)1, п-Т03ИЛ)ОКСИ-9.10-AHTfftXИНОНОВ. ИЗОМЕШЗАЦИЯ 3-ФЕН0КСИ(ФЕНИЛТИ0)-6-А1Щ(АЖ{Л)0КСИ- ' -5-0КС0-Ш-ШРА [1,9-cd] ИЗОКСАЗОЛСВ.

Учитывая высокую фотохимическую и термическуо лабильность азидогруппы, а также известные факты фотоашлотропии, кам представлялось интересным изучить термические и фотолитические

превращения 1-азидо-4-аиилокси-9,10-антрахинонов. При этом п качества объектов исследования нами были выбраны азиды (УШ), содержащие в положении Z склонную в внутримолекулярному взаимодействии с нитроном арилокси- или арилтиогруппу. Нами обнаружено, что кипячение азидов (У1П) в бензоле или толуоле приводит к 6-ашлокси-Б-оксо-Ш-антра [1,9-сс!.] изоксазолам (IX), б то время как из азидов (X) получаются в этих условиях 5--олкокси (п-тоэилокси)-б-оксо-бН-онтра [1,9-сс1] изоксазолы (XI)., Таким образом, термическая циклизация ашлоксиазидов (У1П)! в изоксазолы сопровождаются аиилотропной перегруппировкой, а

метильная и тозильная группы в хода циклизаций (X)-► (XI)

из мигрирует.

о о соя1 а2осо о

VIII ,Х

О Ыъ о—N

X « О, г; ; К1 « Н, СН3, CI; Е2 - С6Н5, СН3; R3 » CHg, 1&

Ппи низкоземпературном фотолизе (77К) азиды (ЛИ? превратится в соответствующие 6-оксо-бН-антра [l,S-cd] изоксазолы (XII), алектрошиэ спзктры которых не отличаются от спектров изоксазолонов (У1). Дополнительные подтверждением того, что первичными продуктами фотолиза 1-еэидо-4-а иилокси--9,10-ентрохиконов (У1П) являются 5-агшгокси-6-оксо-6Н-актра [i,9-ccî}изоксазолы, служат и следующие данные (pic.2). Кинетические параметры темнового превращения продукта импульсного

фотолиза 1-азидо-2-фенилокси~4-аиетокси-9, Ю-антрахинока (У1Па) совпадают с кинетическими параметрами термической изомеризации 5-аиилоксиизоксазола (У1а), .продукта низкотемпературного апилирования соответствующего гидроксиизоксазола, в б-ашлоксиизоксазолон (Уа)

Рис.2 Зависимость от температуры константы скорости миграции ацетильной группы в З-фенокси-5-аиотокси-6-оксо-бН-антра [1,9-соЕ] изоксазоле (в ацетоне), о - импульсный фотолиз 1-азидо-2-фе-нилокси-4-ацетокси-9,10-антра-хинона. X - низкотемпературное ацетилирование З-фекилокси-5--гидрокси-6-оксо-6Н-антра [1,9-сЛ] изоксазола.1 = 1012-3"0,9ехр 90_0±_600_ . „

г уииг ьии ^ о ^---------),

75± 5 кДжДюль.

Описанные визе результаты позволяют представить превращения (УШ)—►(И) слздущей схемой:

0

НГ^! ГУСЛ Ч ^

V»! ° ¿со^ хи

О—N

О—М

Изучая свойства синтезированных б-ашлокси-5-оксо-ЕН--антра [1,9-сй] изоксазолов (IX), мы обнаружили, что при кипячении в о-дихлорбензоле они перэгруппировывастся "в 6-аггилок-синафто [2,3-е] феноксазин(фенотиазин)-7,12-дионы (XIII).

Таким образом, изомеризация (IX)-» (XIII) сопровождается

аиилотропной перегруппировкой.

I* —> г: I

XIII 0 осоЯ

О оЯ

X = 0, £; А Н, СН3, С1 ; Е2 = СН3, СбН5 ^

Структура азинов (XIII) подтверждается их гидролизом до веществ (Х1У) и независимым синтезом продуктов (XIII) аии-лировашем соединений (Х1У).

Вышеизложенные результаты подтверждают высокую изомериза-ционную подвижность ацильной группы в аиилоксиантрахинонах и их гетероаналогах, причем направление аиилотрошшх перегруппировок согласуется с данными о повышении термодинамической стабильности антрахинонов в ряду 1,10-(анахинон)-1,4-хинон-9,10--хинон.

Алкильныэ группы не способны к подобна миграциям. Поэтому при перегруппировке изоксазолона (ХУ) нами получен фенокса-зин(ХУ1), длиннород: га вый максимум поглощения в электронном спектре которого находится при 500нм. ' Для 1,10-хиноноп (ена-хинонов/, содержащих электронодонорные амино-, алкоксигруппы, характерным является поглощение в более длинноволновой области. По-видимому, феноксазину (ХУ1) отвечает 1,4-хиноидная, но не анахиноидная структура (ХУН).

Таким образом, в данном случав благодаря прототропии реализуется болев устойчивая 1,4-хиноидная система.

4, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 5-ГАЛ0ГЕН-6-0КС0-6Н-АНТРА [1,9-со[] И30КСА30ЛС8 С НЕКОТОРЫМ £ - НШЕОШАМИ.

Выбор именно ^ - нуклэофилов в качестве субстратов диктовался в первую очередь тем, что представлялось интересным исследовать возможность аиилотропной перегруппировки в ряду полученных соединений по аналогии с описанной выше.

Нами было обнаружено, что изоксазолы (ХУ1П) реагируют с ксантогенатами при комнатной температуре в диоксане с образованием смеси двух продуктов.

X = С1, Вг- К - Н, СН3; I?1 - СН3, С^, С4Нд.

Взаимодействие веществ (ХУ111) с солью тмобензойной кислоты протекает более однозначно, однако, продукты (XXI) га-устойчивы и были зафиксированы сама лвеь спектрально.

XVIII +

О

Уч.

кх/

НО

, Структура продуктов (XX, XXI) была подтверждена дзнкяи олемонткого анализа, Ш УФ спектроскопии. Для продуктов (XX, XXI) из обнаружена аиилотропная лергруппировка ни термическим ни фотохимическим путём.

5. А МИНИРОВАНИЕ 3-ХЛ0Р-5-АЛК0КСИ-6-0КС0-6Н-ЛНТ-РА [1,9-с<*] И30КСА30Л0В и 3-ХЛ0Р-6-АЛК0НСИ-5--0КС0-5Н-АНТРА [1,9-сс(]и30КСА30Л0В.

Найденный метод получения 6-алкокси-Е-оксо-Ш-антра [1,9—ей] изоксазолов позволил изучить химические свойства этой новой группы гетероаналогов 1,4-хиноков.

Нами найдено, что изоксазолокы (XXII) аминируются парвич ндаи и вторичными аминами при комнатной температуре в толуоле причём шсто атаки субстратов предопределяете/: структурой шина.

(>—N

XXIIСНо(а), С^5(б); XXIII: Я2 = (СН2)&СН (а), п-С^СбН'/б); ШУгЛсНз, А^С^а), ^ =» К4 = СН3(б)

| Следует отметить, что продукта* (XXIII, ХХ1У) образуются достаточно селективно, их структура подтверждена данными молекулярной спектроскопии, а состав - данными элементного анализа, .

Иэоясазояы (XXIII, ХХ1У), как и соединения (XXII) всту-:а»т в рэакиии аминирсвания (хотя и в более жестких условиях), фячем образование одного и того но продукта (ХХУ) из изокса-¡оаов (XXIII, ХХ1У) подтверждает правильность приписанных та структур.

Поскольку изменение реакционного центра соединений (XXII) I зависимости о1? структуры аминов является неожиданным, мы понта лис ь обнаружить подобные закономерности ;лл З-хлор-5-бут-кси-б-оксо-бН-антра [1,9-сс{]изоксазоло(ХХУ1) , Оказалось, что зоксазолон (ХХУ1) легко вминируется первичными и вторичными минами.

Изменение реакционного центра в субстратах (XXII) при минировании первичными и вторичными аминами, вероятно, сслано с тем, что при атаке положения 6 субстрзта (XXII) логичными аминами промежуточный продукт (XXX) дополнительно ста-иллизирован водородной связью о пери-рзсположённш атоме»« 1С порода

XXIII

СШг\ШиИ2

ХХ/И

О-N

О—N

ОН' О

XX//,

Такого рода стабилизация, по-видимому, неосуществима в случае атаки положения б субстрата (XXII) вторичными аминами вследствие значительных пространственных затруднений.

Восстановление соединений (XXIII) приводит к 1-амино--2-хлор-4-гидрокси-9,10-антрахинон-Ю-Ы-алкил(арил)иминам (XXXI), существующим, судя по данным УФ спектроскопии, в состоянии таутомерного равновесия с 3-хлор-4-амино-9-алкил(арш) . омино-1,10-антрахинонами. Отметим, что в полярных растворителях Сатанол) продукты (XXXI) существуют именно в 1,10-хи-коидной форме (XXXII).

О МН1

О НКг

и этанол

и

N

ЫЙ О

XX*' Ял*«: ^

ОСгЪ хххи

Нл-Щ.

рывода

Разработан способ получения и изучены свойства различных 6-аиил(алкил, амино)-5-оисо-ЕН-антра [1,9-с<1] изоксазолов.

Методами УФ и 1ШР спектроскопии, а также путём квантово-химических расчётов уточнена тонкая структура б-гидронои--5-оксо-ЕН-антра изоксазолов.

Обнаружена и исследована ацилотропная перегруппировка в ряду Е-аиилокси-б-оксо-бН-внтра

изоксазолов.

Изучены процессы переииклизаиии б-ашлокси-Б-оксо-БН-антра [1,9-сс1] изоксазолов, б-алкокси-5-онсо-ЕН-внтра £Г,9-сс()иэо-ксазолов и 5-влкокси-{л-тозилокси)-б-оксо-6Н-антра [1,9-ссР изоксазолов в соответствупцие нафтофеноксазины.

Изучено отношение 5-галоген-б-оксо-бН-ан. ре [Г.Э-сс^изокса-золов к ¿-нуклеофилам и описаны 5-ецилтиопроизводныв б-ок-со-бН-антра

изоксазолов.

Реакцией 5-алкилокси- и 6-алкоксиантра [1,9-с(1) изоксазолов с первичными и вторичными аминами изучена зависимость изменения направления реакции от структуры аминов.

Установлено, что восстановление б-амино-5-оксо-ЕН-антра

изоксазолов приводит к 1-емино-4-гидрокси-9,10-ен-трахинон-10-К[-влкил(арил)и11инам, существупцим в состоянии таутомерного равновесия с 4-емино-9-алкил(арил)амино--I, Ю-внт-ахинонами.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

Горностаев Л.М., И.А.Кузнецов, Верховодоаа Д.Ш. /глиярова-ние и ге- чроииклизаиия 1-аэидо-2-арилокси-4-гцдрокси-9,10--антрахинонов и гидроксииизоксазояантронов. / Отвергая Всесоюзная конференция по химии карбенов. - Тезисы докладов. - Москва. - 1987. - С. 46-4?.

Арнольд Е.В., Кузнецов И.А., Горностаев Л,К. Фотохимичес-• кие превращения некоторых 1-азидо-9,10-внгрехинонов. / 1У Всесоюзное совещание по фотохимии, - Теглсы докладов. - Новосибирск. - 1989. - С. 207.

3. Кузнецов И.А., Горностаев Л.М. Аминировагае 3-хлор-5(б) алкокси-б(5)-оксо-6(5)-Н-аитра [l,9-cd] изоксазолов. / Вс< союзная конференция "Ароматическое нуклеоФильное замеще

- Тезисы докладов. - Новосибирск. 1989. - С. 184.

4. Горностаев Л.М., Кузнецов И.А., Верховодова Д.Ш., Гриш! И.П. Алкилирование и.ацилирование Е-г и др ок с и-б-о кс о -6Н-! тра [if9-cd) изоксазолов. // ЮрХ. - 1990. - Т.26. - Вып.'

- С. 681-886.

б. Горностаев Л.М., Кузнецов И.А., Грицан Н.П. Тердическиэ фотолитичзские превращения 1-азидо-4-атиюкси-9,10-антр< хинонов. Изомеризация 3-Фенокси((1?энилтио)-б-аиил(алк11л)( си-5-оксо-Ш-антра [l,9-cd]изоксазолов. // ШрХ. - 1991.

- Т.27. - Вып. 2. - С. 389-395.

6. Зайберт Г.Ф., Кузнецов И.А., Горностаев Л.М. Структура \ протонированио некоторых 6-о.нсо-6Н-антра .иэоксаз! лов. / Всесоюзная конференция по химии хинонов и хиноид! соединений. - Тезисы докладов. - Новосибирск. - 1991. -

- С. 65.

7. Горностаев Л.М., Кузнецов ¡i.A. Гетероциклизаиии на ochoi 1-азидо-2-арияокги-4-ацилокси-9г10-ант1йхинонов. ] Всесс кая конференция по х!мии азотсодершцих готеропикличесш Соеди№Ний. - Тезисы докладов. - Черноголовка. - 1991. •

- С. 170.

6. Кузнецов И .А., Зейберт Г.®., ГЬрностаев Л.М. /минирован» 3-хлор-5-алкокси-6-оксо-бН-антра [l,S-ccj] изоксазолов и 3--хлор-6-алкокси-5-оксо-5Н-антра [l,9-cd] изоксазолов. // ШрХ. - 1992. - Т.28. - Вып. 4. - С. 842-848.

9. Горностаев Л.М.,' Кузнецов И.А., Арнольд Е.В., Шишова Л.Е Синтез и структура 5-аиилтио—и б-аииламино-б-оксо-бН-ef тре [1,9-pd)изоксазолов. // ВДрХ. - 1993. - Т.29. - Вып.£ ' -,С. 1624-1627.

/