Натриевые соли ацил(тиоацил)гидразонов 1,3-диоксосоединений и их ацилирование тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

НАТРИЕВЫЕ СОЛИ АЦИЛ(ТИОАЦИЛ)ГИДРАЗОНОВ 1 ..З-^ИОКСОСОЕДМНЕНИЙ И ИХ АЦИЛИРОВАНИБ

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена не кафедре физической органической химии Санкг-Петербургского государственного университета

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Ершов Б. А.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Целинский И. В. кандидат химических наук, доцент Лобанов П, С.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский Химико-Фармацевтический Институт

Защита состоится "14" сентября 1995 года в 15 часов иа заседании диссертационного совета Д 065.57.03 по защите диссертаций иа соискание ученой степени доктора химических наук в Санкт-Петербургском государственном университете яо адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект, д. 41, химический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке имени А. М. Горького Санхт-Петербургского государственного университете.

Автореферат разослан " £< ¿СЛЯ 1995

года

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Щелочные производные азотистых аналогов 1,3-диоксосо-единений (иминов, оксимов и т. д.) практически не изучены. В частности, отсутствуют сведения о щелочных солях гидразонов ) ,3-днкарбонильных соединений. В то же время анионы 1,3-дикарбонильных соединений уже многие годы служат предметом классических систематических исследований, причем эти вещества завоевали прочное место в качестве универсальных синтонов.

Арпог1 можно предполагать, что электрофильиая атака анионов гидразонов 1,3-диоксосоединений ацилгалогенндами может происходить как С- или О-ацилированне и тем самым приводить к трем новым классам органических веществ: I -ацилгидразиновинилкетонам, моногидразонам триацилметанов или к 0-ацилокси-виннлгидразонам. Каждый из этих классов, в свою очередь, мог бы иметь самостоятельную прикладную и теоретическую ценность. Эти новые группы веществ в перспективе интересны как синтоны в качестве партнеров реакций циклоприсоединеиия или взаимодействия с разнообразными нуклеофилами для получения азотистых гетероциклов, как политаутомерные системы, комплексоны :г т. д.

Цель работы состояла в синтезе натриевых солей ацил- и тиоацилгидразонов 1,3-диоксосоединений, в изучении их строения в растворах методами спектроскопии ЯМР, в также в исследовании их реакционной способности по отношению к хлоранплридам карбоновых кислот и в установлении строения продуктов реакций с помощью физико-химических методов (ИК, ЯМР и масс-спектрометрия).

Научная новизна. В результате выполненного исследования получены следующие результаты, которые и выносятся па защиту:

взаимодействие ацил(тиоацил)гидразонов 1,3-диксососдинений с метилатом натрия, щелочью и металлическим натрием служит методом синтеза соответствующих натриевых солей;

натриевые соли ацил(тиоацил)гидразонов 1,3-диксосоединений существуют в растворах в линейной форме, отрицательный заряд анионного фрагмента, солей дглокалнзован между атомами мезомерной пентады ОССС>), причем производные 1,3-кетоальдегидов представлены смесью хелатированиых и нехелатированных конформеров, а анионы гидразонов 1,3-дикетонов проявляют тенденцию к существованию в нехелатиоованных фор?лах;

атом азота мезомерной пентады ОСССК является реакционным центром анионов ацил- и тиоацилгидразонов 1,3-диксосоединений в их реакциях с ацилхлоридами;

продуктами реакции ацнлгидразоиов 1,3-кетоальдегидов, ацилгидразонов 1,3-дикетонов и тиоацнлгидразонов I ,?-днкетонов с ацилхлоридами являются 1,2-диацил-гидразиновинилкетоны, 1-ацил-5-ацилокси-2-пиразолины и 4-ацил-2-фенил-1,3,4-тиа-диазолииы-2, соответственно;

образование 1-ацил-5-ацилоксм-2-пиразолинов, по-видимому, осуществляется через следующие стадии', первично возникающие Е-1,2-диацилгидразиновинилкетоны превращаются в более стабильные г-изомеры, которые подвергаются внутримолекулярному 1,5-<Ы,0)-ацилотропному сдвигу с образованием ацилоксивинил-гидразонов, внутримолекулярное взаимодействие терминального атома азота с активированной кратной связью в последних приводит к 1-ацил-5-ацилокси-2-пира-золинам.

Практическая ценность. Обнаруженные закономерности образования 1,2-диацил-гидразиновинилкстонов, 1-ацил-5-ацилокси-2-пиразолинов и 4-ацил-2-фенил-1,3,4-тиа-диазолинов-2 служат основой для целенаправленного синтеза этих ранее неизвестных разновидностей азотсодержащих органических веществ и расширяют представления о реакционной способности полидентных нуклеофилов в ряду производных 1,3-дикярбо-нильных соединений.

Полученные в диссертации результаты как первый пример исследования строения и реакционной способности моиоанионов азотистых производных 1,3-диоксосоадинений М01ут способствовать дальнейшим экспериментам в этой практически неизученной области с перспективой получения нужных для последующих теоретических обобщений результатов о строении и реакционной способности полидентных реагентов, с одной стороны, и дня целей синтеза на их основе полифункциональко замещенных азотистых производных, с другой.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на международной конференции молодых ученых "Органический синтез: история развития и современные тенденции" (Санкт-Петербург, 1994) и городском семинаре по ядорному магнитному резонансу (Санкт-Петербург, 1992).

Публикации, По материалам диссертации опубликованы 4 печатных работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы по строению и реакционной способности щелочных солей азотистых производных 1,3-диохсосоединений (1-Й раздел) и строению анионов 1,3-дикарбонильных соединений (2-й раздел), обсуждения результатов собственных исследований (2 главы), экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (94

наименования). Работа занимает 97 страниц машинопи:ного текста, содержит 19 таблиц и 7 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Синтез и строение натриевых солей ацил(тиоаиил)гидразонов 1.3-дноксосоединений. В соответствии с поставленной задачей мы обратились к изучению депротонирования легко доступных и устойчивых ацил- и тиоацилгидразонов 1,3-дикарбонильных соединений. В качестве объектов исследования мы выбрали типичные представители этого класса соединений - бензоилгидразоны формилпинаколнна (111.1), ароилуксусных альдегидов (II1.3-5), ацетилацетона (Ш.6), ацегилпинаколина (Ш.7), ароилацетонов (III.9-11) и ацетоуксусного эфира (III. 14), ацетилгидразоны бензоилуксусного альдегида (III.2) и бензоилацетона (Ш.8), а также тиобензоилгидразоны ацетилацетона (111.12), бензонлацетона (III.13) и бензоилуксусного альдегида (III. 15). Указанные соединения были получены по известным методикам конденсацией 1,3-диоксосоединений с соответствующими гидразвдами.

Ацилгидразоны 1,3-диоксосоединений проявляют способность к кольчзто-иепной таутомерии с участием гидразонной (А), енгндразинной (Б) и 5-окси-2-пиразолиновоЙ (В) форм [Якимович С. И. и др., 1980-1991], а в случае тиоацилгидразонов необходимо считаться также с тиадиазолиновой (Г) формой (Зеленин К. Н. и др., 1981-1984], схема 1.

Мы установили, что ацил(тиоацил)гидразоны (III.1-13) количественно превращаются в соответствующие натриевые соли (IV. 1-13) под действием метилата натрия, щелочи или металлического натрия (схема 1).

Изомером, отвечающим за образование солей, по-видимому, является 5-окси-2-пиразолииовая тэутомерная форма (В). На это указывает тот факт, что тлоакнл-гндразон бензоилуксусного альдегида (I1T.I5), существующий исключительно в тиадиа-эолиновой форме (Г) [Зеленин К. Н, и др.,, 1983], и бензоилгидразон ацетоуксусного эфира (111.14), представленный таутомерной смесью гидразонной (А) и екгидразииной (Б) форм [Якимович С. И. и др., 1979], не образуют натриевых солей при действии указанных щелочных агентов.

В отличие от исходных гидразонов, проявляющих тенденцию к существованию в циклической 5-окси-2-пиразолиновой форме [Якимович С. И. и др , 19X0-1991], приготовленные из них натриевые соли (ГУ. 1-13), судя поданным спектровЯМР'Н

Схема 1. Синтеч натриевых солей аиил(тиоаиил)гидразоиов 1.3-диоксосоединений

В *

(»¡¡соа^сов,

I.1-9 +

НгКИНХ

II.1-3

ВгСОСНгСР,=ЫМНХ

АI

В2СОСН=СР,ННЫНХ

Б <

з г I О^СРг^СН^СНр^ММНХ

0 Ма® IV. 1-13

о М ^РЬ Ш.1-13

цросц 7 н г t

NN Я. NN Я. к. X

1.! Н (СН|),С III. IV.! Н (СН,),С СОСбН,

1.2 Н СбН; III, 1У.2 Н СбН, СОСН,

1.3 Н 4-СН.ОС«Н4 III, IV.? Н СбН, СОСбН,

1.4 Н 4-ВгС»Н4 III, 1У.4 н 4-СН,ОСбН4 СОСбН,

1.5 сн, СН) III, 1У.5 н 4-ВгСбН4 СОСбН,

и СН1 (СН,),С III, 1У.6 сн, СН, СОСбН,

1.7 СН, он. III, 1У.7 СНГ (СНэ),С СОСбН,

1.8 сн, 4СН,ОСбН« III, 1У.8 СН. С«Н, СОСН,

1.9 СН, 4-С1С«Н4 III, 1У.9 сн, СбН, СОСбН,

111, IV. 10 сн, 4-01,0044 СОС.Н,

III, IV. 11 сн, 4-С1СбН4 СОСбН,

III, IV. 12 сн, СН, СвСбН,

Ш.1У.13 сн, С»Н, СБСбН,

и "С в апротонных биполярных растворителях, имеют линейное строение.

В их углеродных спектрах в области 95-100 м.д. отсутствует сигнал четвертичного атома углерода С-5 5-оксипнраэолинов-2, и в то же время в интервале 82-91 м.д. имеется дублетный сигнал а-углеродного атома линейной формы (схема I), которому в спектрах ПМР отвечает сигнал "псевдоолефинового" протона в области 4.70-5.70 м.д.

Сигналы атомов углерода С-1 (147-156 м.д.) и С-3 (171-186 м.д.) в спектрах "С ЯМР большинства обсуждаемых солей расположены в более высоких полях по сравнению с аналогичными сигналами функционально замещенных гидразонов 1,3-

дикарбонильных соединений, а значения химических сдвигов атома углерода С-2 (82-91 м.д.) занижены относительно сдвигов аналогичного сигнала гидразиновинилкетоиов. Отсюда можно заключить, что отрицательный заряд в анионных фрагментах обсуждаемых солей делокализован внутри пентады ОСССМ. Протонные и углеродные спектры обсуждаемых солей во многих отношениях подобны спектрам щелочных производных 1,3-дмкарбонильных соединений [Ершов Б. А. и др., 1975-1980].

Удвоение ряда сигналов в спектрах ЯМР производных кетоальдсгидов (IV. 1-5), а также соли ацетилгидразона бензоилацетона ОУ.в) свидетельствует о существовании дчя этих соединений конфигурационной изомерии относительно «локализованных связей С'-С! и С1-СЧи-. Бг и Ба-стересгизомеры):

О' ГЧМНХ П, В.

Щ ^^ и, сг ^^ >1МНХ

и w

° - ±' ..-Ф 9« ^ ^

2

Вг ММНХ

Э, Б

Как следует из данных спектроскопии ПМР, химические сдвиги протонов при а-углеродном атоме двух форм для соли ацетилгидразона бензоилуксусного альдегида (1У.2) различаются достаточно, чтобы можно было достоверно определить их константы спин-спннового взаимодействия с протонами при псевдоазометиновом атоме углерода. Дчя одного из изомеров величина КССВ указанных протонов составляет 10 Гц, что может свидетельствовать о транс-расположении "псевдоолефиновою" и псевдоазометинового протонов и, следовательно, о вероятной реализации W- и(или) вгконфигураций. Для второй изомерной формы значение КССВ (5 Гц), скорее всего свидетельствует в пользу цис-раслсложения тех же протонов, то есть здесь предстоит выбирать между и и Блсонфигурациями.

При добавлении в раствор соединения (1У.2) э ДМСО-А эквимольного количества дибеизо-18-краум-б-эфира содержание стерсоформы с КССВ = 5 Гц убывает примерно в 1.5 раза. Это можно связать с тем, что тсраун-эфир, координирую» с катионом натрия, дестабилизирует хелатированную 1Т-форму, зв счет чего возрастает содержание нехелагированных форм (\У- и Б-). Доля этого же изомер» растет с

добавлением в раствор 1Л1 (эффект выражен в значительно меньшей степени), что вызвано стабилизирующим и-форму действием катиона лития, являющимся лучшим хелатирующим агентом, чем катион натрия. Таким образом, для обсуждаемой формы можно принять и-конфигурацшо. Выбор между УЛ и З^конфигурационными изомерами для второй стереонзомерной формы с КССВ = 10 Гц затруднителен.

Подобное явление имеет место и для солей других 1,3-кетоадьдегидов (IV. 1, 3-5), а также для соединения (1У.8). Отнесение сигналов двух форм проведено, как и в случае соединения (1У.2): если содержание формы (по данным спектроскопии ЯМР 'Н и "С) убывает при добавлении в раствор соли дибензо-18-краун-6-эфира и возрастает в присутсгствии Ш, тс речь идет о и-изомере; противоположный эффект проявляет исхелатированная форма.

Производные 1,3-дикетонов (1У.6, 7, 9-13), в углеродных и протонных спектрах которых имеется только один набор резонансных сигналов, не чувствительны к дебет *ик> дибенэо-18-краун-б-эфира. При добавлении в их растворы в ДМСО иодвда лития в спектрах ЯМР 'Н н |3С при комнатной температуре наблюдается уширение большинства сигналов, что косвенно свидетельствует о конфигурационных переходах. Низкая растворимость этих солей не позволила получить их спектры ЯМР при низкой температуре с тем, чтобы зафиксировать сигналы индивидуальных конформеров.

Лучшая растворимость практически во всех растворителях щелочных производных гндразонов 1,3-дикетонов (ГУ.6, 7, 9-13) по сравнению с солями гидразонов 1,3-кетоальдегидов (IV. 1-5), а также с соединением (IV.!!) может служить указанием на то, что хелатированная Ч-форма для них не реализуется. Из пространственных моделей видно, что Бг-форма этих соединений дестабилизирована пространственными взаимодействиями между алкклъным (арильным) заместителем при всевдокарбонильной группе и ациламинным фрагментом.

Таким образом, в случае соединений (1У.6, 7, 9-13), как и в случае нехелатировашшх форм солей (IV. 1-5, 8), необходимо считаться с возможностью реализации ках так и Бензомеров.

В отсутствие "вспомогательных" агентов (дибензо-18-краун-6-эфир, Ы1) конфигурационные переходы между хеджированной и- н нехелатированной >У- (или) 8|-формами анионов соединений (IV. 1-13) не происходят даже при нагревании их растворов в ДМСО до 140 °С, что свидетельствует о высоком барьере изомеризации.

Итак, анионы ацилгидразоноэ 1,3-кетоальдегидов способны к конфигурационной изомерии с участием хелатированных и- и нехеаатированных V/- и (или) Бгформ, а

анионы ацил(тиоацил)гидразонов 1,3-дикетонов проявляют тенденцию к существованию в виде и (или) Б|-изомеров.

Меньшая склонность анионов ацил(тиоацил)п<дразонов 1,3-диоксосоединений по сравнению с их кислородными предшественниками к существованию в хелатированной и-форме, по-видимому, связана с дестабилизацией последней пространственными взаимодействиями между расположенными в цис-положении терминальной амндной группой и заместителем при псевдоазометиновом атоме углерода. Кроме того, понижение стабильности 11-формы при переходе от анионов 1,3-дикарбонильных соединений к их азотистым аналогам, вероятно, следует связать с тем, что атомы азота и кислорода в хелатированной форме солей гидразонов (Ы*- и О®) менее "охотно" удерживают катион натрия, чем более "жесткая" пара атомов кислорода (2 О') щелочных производных 1,3-диоксосоединений.

2. Ацилнрование натрневых солей ацилгидразонов 1.3-кетоальдегнлов. Анионы ацил(тиоацил)гидразонов являются аргюп полидентатными нуклеофилами, реакции которых с электрофильнымн реагентами могут происходить по меньшей мере по трем центрам: атомам азота, кислорода и а-углеродному атому.

Для исследования реакционной способности анионов вцил(тиоацил)гидразонов 1,3-диоксосоединений мы выбрали в качестве электрофилов хлорангидриды уксусной (V.!), фенилуксусной (У.2) и бензойной (У.З) кислот, т. е. реагенты, отличающиеся ¡х\,ут от друга как "жесткостью", так и стерическими параметрами.

В качестве растворителей использовали эфир, бензол, дихлорметан, ацетон, ДМФА, ДМСО и ацетонитрил. Удобен ацетонитрнл: выходы целевых продуктов а нем высоки из-за лучшей по сравнению с мало полярными средами растворимостью в нем исходных солей, очистка продуктов от растворителя облегчена по сравнению с высоко кипящими ДМФА и ДМСО.

Мы установили, что независимо от природы и полярности растворителя в интервале температур 0-30 °С ацнлирсяанне натриевых солей ацилгидразонов 1,3-кетоальдегидов (ГУ. 1-5) приводит с выходами 40-55 % х образованию единственных продуктов (VI. 1-8), имеющих строение 1,2-диацилгидраз|'шовинилкетонов (схема 2).

Строение соединений (VI. 1-8) подтверждено данными ЯМР и ИК спектроскопии.

В их углеродных спектрах наряду с другими сигналами присутствует пара дублетных сигналов атомов углерода "олефинового" фрагмента в областях 104-105 и 138-142 м.д., а в спектрах ПМР им отвечают два дублета "олефиновых" протонов в районе 5.90-6.70 и 8.25-8.60 м.д. Величина КССВ между последними (13-14 Гц) однозначно указывает на Е-конфигурацию 1,2-диацилгидразиновинилкетонов (VI.1-8).

Схемд 2. Дцилирона^ие натриевые солей ацил(тиоацил)П'ДРа)онов

ема П хлооаигидоидами карбоновых кислот

СОЛ,

МИНХ Я,=СН3

N.1-13

+

н я,

х=соя

V I Яэ=СН, У.2 Вэ«СвНаСН2 У.З Пз^С,^

Я, Х-СЗС„Нв вросн/

ЦР I о х

VII.

С„н5

о Е соя,

41.1-10 VIII. 1-8

NN и» X NN Яг я, X

VI.) Н (СН,),С СН, СОС.Н, VII.! СН, СН, СОС.Н,

VI .2 Н С<Нз СН, сосн, VII.2 СН, СсН>СН| СОСбНз

У1.3 Н ель ан. сос6н5 УИ.З СН, С»Нз СОСЛЬ

У1.4 Н с«н, СН5 СОС<Нз У11.4 (СНз)эС СН, СОС.Н,

VI.5 Н С«Н5 аНзСН, СОСбНз УП.5 СбНз СН, СОСН,

VI.fi н С. Н, он, СОС«Нз У11.6 С»Н» С4Нз сосн,

У1.7 н 4-СНЮ СНз сос,н. У11.7 ель СН, СОСбН,

анч

У1.8 н 4-ВГС,Н4 СН1 СОС»Нз У11.8 СбНз СЛЬСН, СОСЛЬ

У1.9 СН1 СН) С1Ь СОС*Н, УП.9 СбНз едь СОСбН,

VI. 10 СН, с.н. СН, сосн» УП.Ю 4-С1ЬО СН, СОСЛЬ

с„н<

VII,» 1 4-С1С«1Ь СН, СОСЛЬ

NN Я, и,

VIII. 1 сн, СН,

УШ.2 СН, С.НзСН,

УШ.З СбНз СН,

\аи.4 С«Нз С«Н,СН2

он, С«Нз

В ИК-спектрах соединений (VI. 1-8) имеются полосы поглощения N11 при 3250 см кетонной группы в районе 1690-1710 см-', амидных групп в области 1650-1680 см ' (полосы амнд-1) и транс-одефкнового фрагмента около 1650 см1.

Соединения (VI.1-8) устойчивы к нагреванию до 140 "С в растворах ДМФД и ДМСО. По-видимому, отсутствие для иих Н^-изомерии связано с высокой устойчивостью Е-форм, т.е. стереоизомеров с транс-расположением "олефиновою" и азометинового атомов водорода.

Образование E-изомеров можно связать с ацилированием W- или S-формы анионов ацилгидразонов 1,3-кетоальдегидов (именно из W- и Si-изомеров должны получаться К-1,2-диацилгидразиновинилкетоны). 2-1,2-Диацилгидразиновини;1кетоны, которые должны образовываться при ацилироваиии U-изомера анионов (а анноны гидраэонов 1,3-кетоальдегидов, как уже отмечено, способны к существованию в такой форме), в реакционных смесях не найдены даже при проведении реакции в мягких условиях. Вероятно, они превращаются в условиях реакции в более стабильные Е-1,2-диацилгидразшювинилкетоны,

3, Аиилирование натриевых солей ацилгидразонов 1.3-ликегонов. Мы нашли, что независимо от природы и полярностн растворителя в интервале 0-30 °С ацнлирование производных 1,3-дикетонов (IV.6-11) ведет к 1-ацил-5-аци1юкси-2-пиразолинам (VII.1-11 > с выходами 15-50 %.

В их спектрах ЯМР 'И, наряду с другими сигналами, присутствует АВ-«истема диастереотопных атомов водорода (КССВ = IS Гц), которым в спектрах ЯМР "С отвечает триплетный сигнал атома углерода СНггруппы в области 43-18 м.д.; в углеродных спектрах также имеется сииглетный сигнал в области 97-100 м.д., характеристичной для резонанса атома углерода С-5 5-функционально замещенных (NUR, ОН-группы) 2-пиразопинов [Зеленин К. Н. и др., 19Ы-1990].

Сигналы при 173.0 и 390.0 м.д. в спектрах ЯМР "О соединения (VII.5) связаны с присутствием sp!- и $р!-гибридмзояанных атомов кислорода сложнозфирной группы, а сигнал при 370.0 мд. подтверждал наличие амидной группы.

В ПК спектрах соединений (VII.1-11) присутствуют интенсивные полосы поглощения карбонильных групп сложноэфирного и амидного фрагментов в областях 1675-1705 см 1 и 1625-1660 см I и связи C=N при 1605-1660 см

Косвенным свидетельством в пользу 1-ацил-5-ацилокси-2-пнразолн новой структуры соединений (VII.1-11) является и тот факт, что их нагревание в различных ристворите.шх (бензол, ДМФА, ДМСО, ацетонитрил) в присутствии каталитических количесгв уксусной и трифторуксусной кислот ведет к образованию соответствующих

1-ццилпираюлов (IX. 1-6)

Последние образуются также н в процессе ацилирования исходных солей как в результате ароматизации 5-аиилокск-2ииразолинов, так и в результате гидролиза натриевых солен (выходы I0-4O %, ацетоннгрил, 0 "С), «но снижает выходы 5-ацшюкси

2-пиризолнноп.

,СН3

-й)СООН «2 N

X

IX. 1-е

NN IX. I 1Х.2 1Х.З 1Х.4 1Х.5 1Х.6

4-СН,ОС,Н4 4-С1СвН<

Я) СН1 (СНз),С С41Ь

с,н>

СООН1

сос«н,

СОСШ

соон5

СОС6Н, СОС<Н)

X

Другими побочными продуктами являются 1,2-диацилгидразины и 1,3-дикетоны (выходы 5-30 %), образующиеся в результате гидролиза промежуточных 1,2-диацилгидразиновинилкетснов (см. раздел 4) з условиях реакции. 1-Ацилпиразолы, 1,2-дмаиилгидразины н 1,3-дикетоны были отождествлены с заведомо приготовленными образцами (ПМР.ТСХ).

спектроскопии ЯМР. В принципе. 1-аиил-5-ацилокси-2-пиразолииы могут появляться в результате О-ацилирования как спектрально кефнхеируемой циклической 5-окси-2-пиразолпнооой. так и линейной депротонированных форм анионов натриевых солей (схема I) с образованием линейных р-ацилокенвиннлгидраюнов Е н их последующей циклизацией (схема 3).

Если проводить аиилировалие солей ОУ.б, 8) в мягких условиях (-35 °С), то основными продуктами ацилирования являются соединения (У1,9-Е) и (VI. 10-Е), которые, по данным спектроскопии ЯМР, имеют строение Е-1,2-диацил-гидразиновииямкетонов (схемы 2, 3).

В спектре ЯМР "Ы соединения (VI. 10-Е), выделенного в чистом виде, имеется пара сигналов «р'-гнбридиэованиых атомов азота: дублет при 116.8 и синглет при. 132.0 м.д., которые мы отнесли к пмедным группам. В его спектре ЯМР "О имеются три сигнала «р'-гибридизованных атомов кислорода. Низкопольный сигнал (529.2 м.д.) отнесен к кетонной группе, а два других сигнала (при 350.8 и 390.8 м.д.) подтверждают присутствие анидных групп.

Дублет мет ильной группы при 2.33 (КССВ=0.8 Гц) и квартет "олефинового" протона при 7.24 и.д. с той же константой спин-спинового взаимодействия в проточном спектре, которому в углеродном спектре отвечает дублет при 113.2 м.д

доказывают наличие фрагмента СН)С=СН; второй "олефиновый" атом угле(юда поглощает при 154.7 м.д.

В углеродном спектре слабопольный (191.0 м.д.), мультиплетный сигнал (речь идет о дальних константах спин-спинового взаимодействия между 'Н и "С-атомами) превращается в триплет (КССВ=6 Гц) и дублет (КССВ=6 Гц) при селективном облучении соответственно "олефинового" и орто-протонов бензольного кольца, что доказывает наличие фрагмента СбН5СОСН=.

Протонные и углеродные спектры соединения (У1.9-Е) подобны спектрам соединения (VI. 10-Е), а в целом спектральные параметры соединений (У1.9-Е) и (VI. 10-Е) близки к данным, полученным для 1,2-диацнлгндразиновинилкетонов (VI. 1-8).

Итак, напрашивается вывод о том, что соединения (У1.9-Е) и (VI. 10-Е) также имеют структуру 1,2-диацнлгидразкновинилкегонов, а, следовательно в реакции солей (1У.6, 8) с ацетилхлорндом, как и в случае ацилирования анионов гидрвзонов 1,3-кетоальдегидов (IV. 1-5), первоначально образуются К-ацильные производные.

Изучение поведения соединения (VI. 10-Е) методом спектроскопии ЯМР в различных растворителях (бензол, ДМФА, ДМСО, ацетонитрил) показало, что оно подвергается обратимой изомеризации (несколько часов при комнатной температуре или несколько минут при нагревании до 100 «С); точное положение равновесия установить не удается из-за низкой стабильности продукта изомеризации (VI. Ю-г).

VI. 9, 10

УН.1, 6

Наборы сигналов в протонных, углеродных, кислородных н азотных спектрах соединения (VI.10-2) и его предшественника (VI.10-Е) идентичны; наблюдаются лишь незначительные различия в химических сдвшах сигналов однотипных атомов. Подобие спектральных данных свидетельствует о том, что соединения (VI. 10-Е) и (VI. 10-2) являются геометрическими изомерами (схема 3).

Аналогичное явление имеет место и для 1,2-диацилгидразиновинилкетона (VI.9-Е), который практически нацело (несколько часов при комнатной температуре и около часа при нагревании в растворах ДМСО, ДМФА, ацетонитрила, бензола) превращается в геометрический изомер (У|.9-2, схема 3). Дублетный сигнал протонов мегильной группы при 2.32 мл. ( КССВ=1 Гц) и соответствующий ему квартет "олефинового" атома водорода при 6.06 м.д в его спектре ПМР указывают на наличие фрагмента СН)С=СН. Сравнение этих спектральных данных со спектром ПМР соединеьия (У1.9-Е), ■ котором аналогичные сигналы синглетны, указывает на В-конфигурацию первичного продукта ацилирования и на ¿-конфигурацию его стереоизомера. Аналогично, в случав изомеров (¥1.10) первично образующийся 1,2-диацилтидрязиновинилкетон, сигнал "олефинового" протона которого в спектре ПМР лежит в более слабом поле, имеет Е-, а его стереоизомер соответственно 2-конфигурацию.

При дальнейшем выдерживании в растворах 2-изомеры (У1.9-£) и (VI. 10-2) превращаются в соответствующие 1-ацил-5-ацилокси-2-пиразолины (VI.!) и (VII.5), что зафиксировано методами спектроскопии ЯМР (схема 3).

Аналогичные превращения происходят при ациишровании в интервале -30 - 30 °С и других натриевых солей ацнлгидракжов 1,3-дикетонов (IV.?, 9-11), что следует из данных ТСХ и ПМР. Соответствующие Е- и 2-1,2-диацилгидразнновннмлкетоны в чистом виде ж выделят

Факт ацилирования натриевых солей ацилгидразонов 1,3-дикетонов с первичным образованием преимущественно Е-1,2-диацилгидразиновиннлкетонов согласуется с выводом о тенденции к существованию анионных фрагментов солей в виде и (или) Бгизомеров (из последних и должны получаться Е-1,2-диацилпщразиновинилкетоны).

Остается вопрос о механизме образования конечных 1-ацил-3-ацилокси-2-пнразолинов из ¿-1,2-диацилгидраэииовинилкетонов.

На внутримолекулярный характер перегруппировки, указывает, в частности, отсутствие концентрационной зависимости скорости изомеризации. Истинное же доказательство этого получено с использованием меченых соединений: из натриевых солей ацетил- (1У.8) и тридейтероацетилгидразона бензоилацетона ОУ.й-^)

синтезировали продукты N-ацетилирования и N-трндейтероацетилирования, соответственно, а их смесь по окончании изомеризаций (контроль методами ТСХ и ПМР) анализировали методом масс-спектрометрии. В масс-спектре имеются пики молекулярных ионов m/z = 260 и 266, относящиеся к соединениям (VI1.5) и (VII.5-di). Пик с m/z = 263 отсутствует.

Итак, образованию 1-ацил-5-ацилокси-2-пиразолинов предшествуют следующие стадии: ацилирование натриевых солей 1,3-дикетонов ведет преимущественно к Е-1,2-днацилгидразиновинилкстоиам, способным к ЕД-изомерии; в свою очередь г-июмгри

оксивиннлгндразонов Е (схема 3), которые, по-видимому, в результате атаки атома азота N-2 по активированной кратной связи и ведут к конечным продуктам.

Представлялось, что мы могли бы зафиксировать образование О-аиильных производных и тем самым подтвердить часть схемы 3, касающейся участия в изомеризации р-ацнлоксивинилгндразонов, допуская, чго продукты №ацетилироваиия диметилгидразонов 1,3-диоксосоединсний также способны подвергаться 1,5-(Ы,0>-ацилотропному сдвигу с образованием не способных к циклизации р-ацнлоксиви1|ил(2,2-диметилпщразонов). Сведения об ацилированни диалкнлгидра-зонов 1,3-дикарбонильных соединений отсутствуют.

Мы нашли, что диметилгидразоны бензоилуксусного альдегида (111.17), ацетилацетона (111.18) и бензоилацетона (Ш.19) не образуют натриевых солей под действием метилата натрия, щелочи и металлического натрия. Это косвенно свидетельствует, что в случае ацилгндразонов депротонкрованию подвергается 5-окси-2-пиразолнновая форма.

VUO-Z-d,

М=263

М=263

подвергаются 1,5-(Ы.О)-ацилотропному сдвигу с образованием соответствующих ацнл-

и

Актирование диметнлгидразонов (III. 17-19) хлористым ацетилом в присутствии пиридина приводит к образованию продуктов N-ацилирования (Х.1-3, выходы 4050%):

,НЧ /N(CH3)j О N

м

Ш.17-19

СН3СОС1 ->

РУ

I

COR, NNjCHjJj

CORj .NNíCHJj

Х.1-3

NN

111.17

111.18

111.19

X.l X.2 X.3

Ri H

СНэ СНэ

R¡

C.H, CH) CiHj

Их углеродные и протонные спектры подобны спектрам 1,2-диацилгидразино-винилкетонов (VI.1-10).

Соединение (Х.1) представлено только Е-нзомером, в то время как соединения (Х.2, 3) проявляют способность к E.Z-нзомерни (сгереоизомеры выделены в чистом вцде), причем равновесие смещено в сторону Z-форм (содержание последних в CDC1, составляет около 90 %). Это согласуется с данными, полученными для 1,2-диацил-гидразиновинилкетоиов (VI.1-10).

Соединения (X.2-Z) и (X.3-Z) не подвергаются внутримолекулярному l,5-(N,0)-ацилотропному сдвигу при нагревании до 150 °С в ДМСО. По-видимому, это вызвано тем, что объемная диметнламиногруппа дестабилизирует переходное состояние ацнпьного переноса и одновременно стабилизирует исходный гидразиновинилкетон (упрочняет связь N-CO за счет электрондонорных свойств).

Итак, механизм образования 5-ацнлокси-2-пиразолинов в реакции ацилирования анионов ацилгидразонов 1,3-дикетонов окончательно не установлен.

установили, что независимо от природы и полярности растворителя в интервале -30 - 30 °С конечными продуктами ацилирования натриевых солей тиобензоил-гидразоьов ацетилацетона (IV. 12) и бензоилацетона (IV. 13) являются 4-ацил-1,3,4-тиадиазолины-2 (VIH. 1 -5, схема 2). Выходы 45-80 % (ацетонитрил, 0 "С).

В протонных спектрах соединений (VIII. 1-5), наряду с другими сигналами, в области 2.85-4.95 м,д. присутствует АВ-система днастереотопных протонов (КССВ = 18 Гц), которым в углеродных спектрах в районе 46-54 мд. соответствует триплетный сигнал атома углерода. Эти данные, а также наличие в углеродных спектрах синглетного сигнала в области 78-81 мд. указывает на циклическую структуру соединений (VIII.I-5). Известно, что последний интервал типичен для резонанса атома углерода С-5 1,3,4-тиадиазолинов-2, получаемых из 1,3-диоксосоединений и тиоацил-гидразинов [Зеленин К. Н. и др., 1981-1984].

В спектрах ЯМР "С соединений (VIII. 1-5), снятых без подавления спин-спинового взаимодействия атомов углерода и водорода, сигналы атома углерода в области 147150 м.д. представляет собой триплеты (КССВ = б Гц), которые становятся синглетами при селективном подавлении резонанса орго-протоиов ароматических заместителей, что свидетельствует о наличии группировки PhC=N. Наличие в углеродных спектрах этих веществ сигналов атомов углерода в областях 147-150 (C=N), 167-172 (CON) и 195206 м.д. (COR:) однозначно доказывает, что соединения (VIII. 1-5) являются 4-ацнл-1,3,4-тиадиазолинами-2.

Таким образом, и здесь первоначально имеет место N-ацилирование. Вероятно, образование соединений (VIII. 1-5) является результатом присоединения атома серы тиоамидной группы промежуточных гидразиновинилкетонов (специально не выделялись) по активированной кратной связи С=С,

Итак, реакционным центром натриевых солей ацил(тиоацил)гидразонов 1,3-ди-карбоннльных соединений в реакциях ацилирования является атом азота мезомерной пентады. Наличие дополнительных функциональных группировок и пространственных ограничений в их молекулах обусловливает образование трех различных продуктов ацилирования, а именно: линейных структур - 1,2-диацилгидразиновннилкетонов на основе солей ацилгидразонов 1,3-кетоальдегицов и производных 2-пиразслина или |,3,4-тиадиазолина-2 в случае ацилирования солей ацил- или тиоацилгидразонов 1,3-дикетонов, соответственно.

ВЫВОДЫ

1. Образование ранее неизвестных натриевых солей под действием метклата натрия, щелочи и металлического натрия является общим свойством ацилгидразонов 1,3-диоксосоединений, способных к существованию в 5-окск-2-пиразолиновой форме.

2. В анионных фрагментах таких натриевых солей отрицательный заряд делокализован между атомами меэомсрной пентады NCCCO; в апротонных

биполярных растворителях для щелочных производных ацнлгндразонов 1,3-кстоальдегидов наблюдается конфигурационная изомерия с участием хелатированных U- и нехелатированных W- и (или) Si-форм, а анионы ацил- и тиоацилгидразонов 1,3-дикетонов проявляют тенденцию к существованию в виде W- и (или) Si-изомеров.

3. Ацилированне натриевых солей хлорангидридами карбоновых кислот происходит селективно: реакционным центром в анионах ацил(тиоацил)гидразонов независимо от структурных факторов и условий проведения реакции является атом азота, входящий в состав мезомерной пентады.

4. Ацилированне натриевых солей ацилгидразонов 1,3-кетоальдегндов, ацнлгндразонов 1,3-дикетонов и тиоацилгидразонов 1,3-дикетонов служит методом синтеза ранее неизвестных 1,2-дпацилгидразиновннилкетонов, 1-ацил-5-ацилокси-2-пиразолинов и 4-ацил-|,3,4-тиадиазолинов-2, соответственно.

5. Предложена и частично доказана схема образования 1-ацил-5-ацилокси-2-пиразолинов: ацилнролаиие натриевых солей ацилгидразонов 1,3-дикетонов ведет на первой стадии к преимущественному образованию Е-1,2-диацилгидразиновинил-кетонов, последние проявляют способность к E,Z-H30Mep>iH, в свою очередь Z-диацилгидразиновинилкетоны подвергаются 1,5-(Ы,0)-внутримолекулярному ацило-тропному сдвигу, приводящему к p-ацилоксивинилгидраюнам, нзомеризующимся в конечные продукты в результате присоединения терминального атома азота к активированной краткой связи.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Зеленин А. К., Ершов Б. А., Бежан И. П., Зеленин К. Н. 1-Ацил-5-ацилокси-2-пиразолины // ХГС. - 1993. - N 4. - С. 564-565.

2. Zelenin К. N., Bezhan I. P., Ershov В. A., Zelenin А. К. Sodium salts of acyl-hydrazones of 1,3-dioxocompounds and their acylation // Tetrahedron. - 1994. - Vol. 50. - N 39.-P. 11447-11458.

3. Зеленин А. К., Ершов Б. А., Зеленин К. H. Ацегилирование N.N-ди-метилгидразонов 1,3-диоксосоединеннй // ЖОХ. - 1994. - Т. 64. - Вып. 4. - С. 701 -702.

4. Зеленин А. К., Ершов Б. А., Зеленин К. Н. Анионы ацил(тиоацил)гидразонов и тиосемикарбазонов 1,3-дикарбонильных соединений и их ацилироваиие // Органический синтез: история развития и современные тенденции: Тез. докл. международной конференции молодых ученых. - Санкт-Петербург, 1994. - С. 69-71.