Простейшие имидазолидины и пиперимидины: их синтез и кольчато-цепная таутомерия тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На прав&х рукописи

Г*"--о",

О".

сс

о

УКРАИНЦЕВ Илья Валерьевич

ПРОСТЕЙШИЕ ИМИДАЗОЛИДИНЫ И ПИПЕРИМИДИНЫ: ИХ СИНТЕЗ И КОЛЬЧАТО-ЦЕПНАЯ ТАУТОМЕРИЯ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

I '

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете)

Научные руководители: заслуженный деятель науки-РФ,

доктор химических наук, профессор, ' ЗЕЛЕНИН Кирилл Николаевич; заслуженный деятель науки РФ, доктор химических наук, профессор, ЦЕЛИНСКИЙ Игорь Васильевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор РАМШ Станислав Михаилович;

кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник СТУДЕНЦОВ Евгений Павлович Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится "16" декабря 1997 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.25.04 в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете).

С диссертацизй можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).

Отзывы и замечания по данной работе в 1-ом экземпляре, заверенные печатыс, просим направлять в адрес совета.

Автореферат разослан '^'октября 1997 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук

/Н.Б. Соколова/

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пггрролпднны, пиразолиднны, пиперидины и штсразнны являются хорошо изученнымн представителями нг.сы-щеииых азотистых гетерощпелов. В-то же время сведения о 1,3' дназолндинах (имидазолидинах) и -пергндродиазинах (пипери-мидниах) крайне ограничены. Недостаточны данные о самом доступном способе их синтеза - реакции между 1,2- (этилендиамин, о-фенилендиамнн и др.) и 1,3-диаминами (1,3-дпамнпопропан н др.) и оксосоедшгепиями. Мало изучены свойства этих веществ, в частности, способность к кольчато-цегаюн таутомерии 1,3-дназагетеро-цшел - моно-пмпн. В то же время это фундаментальное свойство их кислородных и сернистых аналогов, р(у)-оксп(меркапто)имннов детально исследовано. Отсутствие сведешга о таутомерии Р(у)-амино-алкнлимннов препятствует обобщению закономерностей кольчато-цепиой таутомерии в целом. В данном ряду это явление имеет принципиальное биохимическое значение в связи с проблемой существования полиаминов (спермидин и др.) в биосредах и с вероятностью альтернативного варианта гранс-амтшрования, как ключевой стадии биосинтеза диаминокислот.-

Цель настоящего исследования состояла в нахождении способа синтеза простейших нмидазолидинов (бегонмидазолшюв) и гашери-мпдинов и изучении их способности к кольчато-щлшой таутомерии.

Для ее реализации требовалось решение следующих задач:

1. поиск условий реагнроватш простейших альдегидов и кетонов с этиленднамнном, о-феннлендпамнном и 1,3-днамшгопропапом, приводящих к образованию продуктов конденсации между гашп в отношешгн 1:1;

2. исследование строения сиптезирэваипых моно-имннов методом спект])оскоп1Ш ЯМР для установления закономерностей таутомер-ных равновесий моно-нмнн - 1,3-диазагетероцшсл;

3. синтез моно-имннов 1,2-диамнноэтана и 1,3-диамннопропана с альдозами и исследование их строения с целью молекулярного дизайна кольчато-кольчатых таутомерных систем в данном ряду.

Работа выполнена при поддержке Российского феида фундаментальных исследований (грант 97-03-33028а).

- Научнан новизна. В работе проведено систематическое исследование взаимодействия этиленднамина 1,3-диаминопропана и о-фешшенднамина с альдегидами и кетонами. Найдены условга образования и факторы, определяющие возможность существования соответствующих моно-имннов. Синтезирована серия 2-аминоэт1,л- и 3-амннопропилнминов предельных и аромат ¡ескнх альдегидов л алифатических кеынов, большинство из которых ранее не было описано. Производные н-алканалей с а;шфатическими диаминами

существуют в соответствующей циклической таутомерпой форме (имидазолндин, пнпернмиднн). Для моно-иминов алканон Л! и изо-

масляного альдепща характерно тауго мерное равновесие импп.±5 1,3-даазагстероцнкл, причем с увеличением стерических препятствии для карбонильной компоненты доля линейного та угодна увеличивается. Арилнденовые производные этилендиамина н о-фешшен-диамина существуют в виде линейного нмина, а в случае 1-арили-денамино-З-амниопропанов имеет место кольчато-цепная таутомерия, причем доля линейной формы возрастает с ростом электронодо-иорного характера заместителя в ароматическом ядре.

Прослежены отдельные стадии рсакщш о-фенилендиамина с ок-сосоединениями, позволившие впервые наблюдать за ходом превращения моно-имин -> бензимидазолин -> бензимидазол (или 2,3-дишдро-1 Я-1,5-бетодиазепин).

Для имииов 1,3-диаминопропаиа наблюдается большая тенденция к образованию циклического пипернмидинового таутомера, чем у производных этилендиамина. Это различие проявляется в том, что имины этилендиамина с альдозами существуют в воде аномерной смеси пираноз, в то время как имины пропилеидиамина представлены пиперимидшювым таутомером. Для 3-аминопропилимшюв глюкозы, рамнозы и галактозы наблюдается кольчато-кольчатое таутомерпое равновесие между соответствующими аномерами пиранозы и пиперимидшюм.

Лтчфатурцые и полученные нами данные указывают на то, что нуклеофилыюсть и стеричесхше напряжешш для И-замещенных нмн-нов увеличивают стабильность циклической формы в ряду О < N11 < Б.

Практическая значимость работы. Предложен способ синтеза мо-но-нминов тилнчных представителен 1,2- (этиленднамин) и 1,3-днаминов (пропиленднамин), границы которого ограничиваются использованием альдегидов и алканонов. Закономерности кольчато-цепшлх равновесий определяют условия существования этих веществ в линейной (им ни) шш циклической форме (имидазолндин, пипери-мндин). Определены возможности и условия применения реакции диаминов с оксосоеднненнями для синтеза имвдазолидинов, пипери-мид1шов, моно- или бис-нмшюв, что принципиально важно в связи с использованием этих веществ в препаративном органическом синтезе (имидазолщщнов для генерации азааллильиых ионов, применяемых в качестве сш.тонов, пнперимидинов для получения бицшслических производных дназиридина, бис-имшшв в качестве лнгандов, моно-иминов о-фешшенднамнна для сшпеза бензимндазодов или производных 2,3-дигндро-1 Я-1,5-бензодиазетша).

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены н обсуждены на VI Всероснйской конференции "Карбонильные сое-

дннення в синтезе г стер о ни к л о в " (С а р атов, 1996), конференции молодых ученых ВМедА им. С.М.Кирова (Санкт-Петербург, 1996), научно-технической конфе])снцпи аспирантов СПбГТИ(ТУ), посвященной памяти М.М.Сычева (Санкт-Петербург, 1997). 1 работа гри-нята к печати в редакции журнала "Химия гетероциклических соединении".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 3 тезисов научно-технических конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 15 рисунков. Бн-блтнрафпческин указатель включает в себя 141 источник лптерату-ры.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Продукты реакции этиленднамшт с альдегидами! и кетопамн

Взамоденствне этилендиамина с альдегидами и кетопамн обычно приводит к бис-пмипам (Е. D. Bergmann, 1952 г.). Образование моно-нминов предполагалось в отдельных случаях (с форм- и шо-мас-ляным альдегидами, ппридоксаль-5'-фосфатом и ацетоном), по oim не были изолированы. Моно-имины выделены лишь в реакшш с циклическими кетонами (никлогексанон, цшелогептанон и др.) и их гэ-иопогами (А. Gauvreau, 1972 г.). Таким образом, возможность синтеза имндазолидшюв реакцией оксосоеднненнй с этнлендиамнном оставалас1, невыясненной. .

В настоящей работе выполнены эксперименты по ПМР-мопнторингу реакционных смесей этиленднамшт 1 с типичными карбонильными соединениями ароматическими альдегидами и ацетоном.

Установлено, что бне-бензилиденовое производное (За) преобладает в реакционной смеси альдегид: этилеидпамнн в соотношешш 1:1. В этих'условиях были получены бис-арнлиденовые производные (За-г) с ароматическими альдегидами и ацетофеионом, отождествленные спектрами ПМР и совпадением констант с литературными данными. По данным ПМР в реакционных смесях присутствует и моно-нмин, содержание которого не превышает 10%. При соотношении альдегидэтнлендиамин 1:10 он образуются мгновенно и количественно. Однако его удается выделить в чистом виде после экстракции смеси пентаном л последующего удаления пастворителя лишь ч реаьхиш с бепзальлегидом (2д;. В осташиых случаях (а также гтрч попытках дополнительной очистки 2д перекристаллизацией или г.ереосаждеиисм) наблюдалась количественная симметризация в бис-i.poinßoj"bie (За-u). Таким образом, можно рекомендовать исьользо-

вать 1-арплиденамнно-2-аминоэта1ГЫ дня последующих химических процедур, приготовляя их in situ.

В реакщш с избытком ацетона образуется продукт альдолизащш ацетона - 5,7,7-триметил:2Д6,7-тетрап1дро-1#-1,4-дпазепин (5). Если проводить конденсацию в соотношешпш ацетонэтилендиамнн 1:2, то его содержать в реакционной смеси не превышает 10%.-При соотношение ацстошдиамнн, равном 1:5, главным продуктом становился моно-имин (2с), который можно выделить в чистом виде экстракцией реакционной смеси пентаном. Послсдлтощая дополнительная очистка iiMinia (2е) вакуумной днетилляцней вызывает распад в 2-метнлнмидазолин (4) даже при слабом нагревании.

Руководствуясь этими даш1ыми, нами была получена серия алки-лиденовых производных этилендиамнна (2а-л) с выходами, близкими к количественным. Моно-имины 2 стабильны и не изменяются при многомесячном хранении. Метод непригоден для кондепеащш с разветвленными кетонамн, где требуются нагревание н кислотный катализ, вызывающие образование бне-пронзводных, хотя присутствие моно-иминов (~30-40%) наблюдается с помощью метода ПМР-спектроскогаш.

К

А

2

СНз ^ %

ОИз-Г) СиД? "¿О

Л н л

5 4 Б

2 а 11= Н, II' = Ме; б* Я = Н, Я* = Еи в* II = Н. Я' = Рг; г* II = Н,

И' = 1-Рг; д* 11 = Н, И' = РЬ; с* Я = II' = Ме; ж* Я = Ме, Я' = Е^ з* Я = Мс, Я'= Рг; и* Я=Ме, Я'=Ви; к*Я=Ме, Я'=1-Ви; л* Я=Я'=Е1

♦вещестпо сшпгсшропано впервые.

Стросшю сосдипсшш 2 в растворах изучено методоч сппароско-шш ЯМР. Сип га л Н-С=Ы прн 7.79-8.27 для альдопроизводных или сигнал метальной группы прн 1.65-1.90 м.д. для производных метнл-кетонов в спектрах ПМРи сигнал .яр-атома углерода прн 164.0-174.0 м.д. в спектрах ЯМР ^С (табл. 1) отвечают линейному таугомеру А.

RR С=0

3 a R=H, R-Ph; б R=H, R'=p-MeO-C6H4; nR=H,R-p-Br-C6H4; r R=Mo,R-Ph

R = R'=CH3

Сигналы атома углерода С-2 {71.1-80.3 м.д.) п спектрах ЯМР 13С и протона Н-2 (3.7-4.15 м.д.) для альдопронзводньгх или метальной группы (0.95-1.2 м.д.) в спектрах ЯМР 'Н для производных метилке-тонов принадлежат цшслической форме Б.

Таблица 1

Данные спектров ЯМР 13С в CDCb моноалкилнденовых производных этиленднамшш 2а-л, 5, м.д.

№, % Б c=n, с-2 nch2 Другие сигналы

2а, 100 71.1 45.8 19.8

26, 100 74.7 43.5 8.1, 25.8

2в, 100 74.1 44.6 12.7, 18.4, 36.3

2г, 95 164.0,80.3 45.4 18.4,32.5,33.0,41.5,60.0

2д,0 160.8 - 60.5,63.5, 127.0, 127.5, 129.5,

135.1

2е, 70 165.5, 74.6 44.6 16.6, 25.7,27.2, 50.7, 52.5

2;к, 65 170.6 (Е-форма), 45.1 8.2, 9.6, 11.2, 23.8, 32.2, 34.3,

169.0 (Z-форма), 7 7.9 41.7, 43.1,51.2, 52.9

2з, 60 174.0 (Е-форма), 44.5 12.1, 12.8, 14.8, 15.6, 16.5,

169.0 (Z-форма), 76.6 17.3, 18.0,23.4, 39.2,41.6,

43.1,43.8,46.1,47.0,49.9, ■

53.1

2и, 55 168.6 (Е-форма), 45.9 13.7, 13.9, 16.9, 17.0,22.0,

168.2 (Z-форма). 78.2 22.2, 22.5, 23.0, 24.9, 26.3,

27.0, 27.9,31.1,31.3,41.4,

42.9, 45.2,51.9, 54.2

2к, 20 165.3 (Е-форма), 45.8 14.5, 14.6, 19.6,21.6,21.9,

164.8 (Z-форма), 76.0 22.0,22.4,23.3,24.1,40.2,

42.5, 43.0, 45.8, 48.3,49.3,

49.5,51.5

2л, 57 174.5, 80.2 45.3 7.7,9.6,23.1, 29.1,42.0, 43.8,

50.5, 52.0

Проекты коиденсащш этилендиамниа с н-алканалямн 2а-в не содержат детектируемых количеств линейной формы А. Однако разветвление алкильпого заместителя (соединение 2г) вызывает поягле-Ш1е 5% линейной формы А.

Введение феннльнон группы (соединение 2д) так увеличивает содержание открыто-цепного таутомера А, что циклическая ферма Б не обнаруживается. Кетопронзводиые этнлецдиамшт 2с-л демои-

сгрируют способность к кольчтго-цепной таутгмерш1 А ^ Б. Равновесие устанавливается через несколько суток после растворения. Доля циклического таутомера падает с ростом стерическнх требова-

шш заместителя R'. Природа раствбрителя и температура практически не влияют на положение равловесия A Б. Таутомеры А соединений 2ж-к представляют собой смеси E,Z-ii30Mep0B относителыш связи C=N, что вызывает удвоение сигналов этого таутомера в спектрах ЯМР 'Н и UC.

Таким образом, нз полученных результатов следует, что взаимодействие алифатических альдегидов и кетонов с этилендиамином может служить методом синтеза соответствующих имидазолидинов или соединений, в которых имидазолидиновая таутомерная форма является преобладающей.

2.2. Реакция о-фсиплеидиамина с альдегидами и кстонамп

Тепдешщя к дегидрированию (деалкшшрованшо) в бешимпдазо-лы для первичных продуктов взаимодействия оч}>еннлендиамнна с оксосоединеннями выражена настолько сильно, что эта реакция яв-..хяегся методом синтеза бензим:щазолов. Более того, это свойство предложено для препаративного гидрирования алкенов (К. Itoh, 1987 г.). Для енолизнругощихся кетоноч реакция служит методом синтеза 2,3-дигндро-1 Я-1,5-беизодиазепинов (Q. Q. Dang et al., 1971 г.). В ряде случаев в конденсации наблюдалось образоваш1е бне-нми-нов. Было охарактеризовано лишь несколько моно-нмшюв - продуктов ковдепеащш о-фенилеидиамина с бензальдегадом и несколькими ядерно-замещенцыми производньши (F.M. Asad, 1983 г.), однако данные об их строешш отсутствовали.

Нами были выбраны такие условия реакщш, чтобы можно бьшо избежать образования бис-иминов, для чего использовался двойной избыток о -фс! п i ли щи ам ина в растворе ДМСО-dö, в который добавлялось соответствующее карбонильное соедините. За ходом взаимодействия следили с помощью спектроскопии ПМР.

Наблюдается сильное различие в реакцношюи способности альдегидов и кетонов. В этих условиях кетошд не вступают в реакцию. Различно поведение алифатических и ароматических альдешдов. Если ароматические альдегиды реагируют практически мгновенно, то за расходом предельного альдегида можно проследить во времени: альдегиды полностью вступают в реакцию примерно за полчаса.

Во всех случаях количественно образуются соответствующие моно-нмины (7а-ж). Их структура доказывается присутствием сигнала азометинового протона соответствующей лнтенсюиостп в области 8,0-8,5 м.д. и прочими данными спектров ПМР (табл. 2). Производные ароматических альдегидов 7д-г: устойчивы независимо от элсктрошвых свойств заместителя в пара-полож:нии ароматического кольца, ч их можно выделить в чистом виде.

Иначе ведут себя растворы моно-нминов 7а-г. В течешге нескольких часов моно-имины количественно превращаются в соответствующие бекзимидазолины 8а-г (табл. 2), что подтверждается заменой в спектрах ПМР сигнала азометинового протона сигналом протона Н-2 в интервале -5,0-6,0 м.д. Это превращение проиходит мгновенно в присутствии каталитических количеств три-фторуксусной кислоты. Выделить количествято получающиеся бензимидазотшы 8а-г не удается, так как сразу после их образования в растворах появляются соответствующие бензимида-золы 9, которые становятся единственными гродуктами через несколько суток.

7,8а Я=Н, Я'=Ме; б Я=Н, Я'=Е1; в Я=Н, Я=Рг; г Я=Н, Я'=1-Рг, д Я=Н, Я'=РЬ; е Я=Н, Я'М-МеОСОСбШ; ж Я=Н, Я'=4-МеОСбН<,; з Я=Я'=Ме; и Я = Ме, Я.' = 1-Ви; к Я = Ме, Я' = РЬ

Циклизация моно-имин 7 - бепзимидазолпп 8 наблюдается при каталитическом воздействии СРзСООН и в растворах ароматических моио-имшюв 7д-ж (см. табл. 2). Она идет в течение нескольких суток и сопровождается накоплением соответствующих бензимпдазолов У. Разницу в устойчивости предельных и аромати-ческих моно-иминов можно объяснить стабилизацией последних я, тт, ."--сопряжением.

. При катализе СРзСООН в реакцию с о-фешшендиамщгом познают и кетошл (ацетон, ацетофенон, пинаколин).

Реакция с ацетоном происходит мгновенно, и ее единственным продуктом является соответствущий беншмидазол.ш 8з, Снльно-польный синглетный сигнал метнльны. групп (1,43 м.д., табл. 2) при Бр3-гибрндном атоме углерода С-2 доказывает строение Эдого вещества. Однако его не удается выделить, так как в реакционной смеси сразу же появляется соответствующий 2,2,4-трнметил-2,3-д:л-цд1)о-1Я-1.5-бензод1Ппегаш 10а (Я'=Ме). Бензодназегпш 10а

стаиовится со временем единственным продуктом реакции, который был выделен.

Таблица 2

Данные спектров ПМР соединений 7,8,8, м.д. (КССВ, J, Гц)

№ Я Я' На ром " ? * «V ИН ■

7а 8.04 (1Н,кв, 6.0) 2.10 (ЗН,д, 6.0) 6.45-7.12 (4Н, м) 4.72 (2Н, уш.с)

76 8.07 (1Н,т, 6.0) 1.25 (ЗН, т, 6.0), 2.53 (2Н, м) 6.34-7.09 (4Н, м) 4.84 (2Н, уш.с)

7в 8.02 (1Н,т, 6.5) 1.04 (ЗН,т, 6.0), 1.71 (2Н,м), 2.50 (2Н, м) 6.40-7.02 (4Н, м) 4.87 (2Н, уш.с)

7г 7.99 (1Н,д, 6.5) 1.23 (бН.^,6.0), 2.68 (1Н,м) 6.43-7.17 (4Н, м) 4.78 (2Н, уш.с)

7д 8.44 (1Н, с) 6.27-7.93 (5Н, м) 6.27-7.93 '4Н, м) 5.01 (2Н, уш.с)

7е 8.58 (1Н, с) 3.70 (ЗН, с), 6.287.98 (4Н, м) 6.28-7.98 (4Н, м) 5.11 (2Н, уш.с)

7ж 8.32 (Ш, с) 3.51 (ЗН, с), 6.257.81 (4Н,М) 6.25-7.81 (4Н, м) 4.91 (2Н, уш.с)

7к 2.39 (ЗН, с) 6.51-8.05 (5Н,м) 6.51-8.05 (5Н, м) 5.03 (2Н, уш.с)

8а 5.03 ОН, кв, 6.0) 1.08 (ЗН, д, 6.0) 6.45-6.80 (4Н, м) 4.73 (2Н, уш.с)

86 5.17 (1Н, т, 6.0) 1.01 (ЗН, т, 6.0), 1.65 (2Н,м) 6.43-6.77 (4Н, м) 4.67 (2Н, уш.с)

8п 5.11 (1Н,т, 6.5) 0.99 (ЗН.т, 6.0), 1.60 (4Н, м) 6.44-6.77 (4Н, м) 4.64 (2Н, уш.с)

8г 5.06 (1Н, т, 6.5) 1.04 (6Н,д, 6.0), 1.72 (1Н, м) 6.44-6.85 (4Н, м) 4.86 (2Н, уш.с)

8д 5.60 ОН, с) 6.27-7.93 (5Н, м) 6.27-7.93 (4Н, м) 4.41 (2Н, уш.с)

8с 6.04 ОН, с) 3.77 (ЗН, с), 7.32-8.10 (4Н,м) 7,32-8.10 (4Н, м) 4.29 (2Н, уш.с)

8ж 5.77 (Щ, с) 3.65 (ЗН, с), 6.85-7.86 (4Н, м) 6.85-7.86 (4Н, м) 4.59 (2Н, уш.с)

1.43 (ЗН, с) 1.43 (ЗН, с) 6.44-6.83 (4Н, м) 4.66 (2Н. уш.с)

8н 1.33 (ЗН, с) 1.00 (9Н, с) 6.59-6.91 (4Н,м) 5.95 (2Н, уш.с)

8к 1.79 (ЗН, с) 6.51-8.05 (5Н,м) 6.51-8.05 (4Н, м) 5.80 (2Н, уш.с)

Реакция ацетофснона с о-феннленднамниом идет медленно. Лишь через несколько дней он расходуется по;шосп»го. Образующийся при этом моно-нмнн (7к, табл. 2) сразу же начиняет претерпевать циклизацию в бензнмндазолин (8к, табл. 2), который постепенно трансформируется в единственный выдсленн.плй продукт - 2-мстнл-2,4-днфенил-2,3-днгндро-1//-1,5-бензодиазепин 106 (R'=Ph).

Разницу в поведении шетона и ацетофснона следует усматривал, как в меньшей лктнпностп последнего в конденсацнн с амином за счет стернческнх затруднении (что замедляет образование моно-пмнпа 7), так и в стабилизации моно-нмпна за счет л; я; ^-сопряжения (что тормозит стадию его циклшащги в бензимпдазолпн 8).

Реакш1я с пинаколином идет медленно н ее продуктом является бензнмндазолин 8н (табл. 2), котор:лй постепенно деа'Чиьтнруется в 2-метилбеизнмндазол 9а.

Таким образом, подбирая условия реакции и варьируя структуру карбонильной компоненты, можно наблюдать последовательно: течение реакции по стадиям: моно-нмнн -> бензнмндазолин -* конечный продукт (бензимндазол или 2,3-днгндро-1//-1,5-бснзо-дпазепнн). В реакции с ароматическими альдегидами оказывается возможным получать стабильные 2-(1-арплметнлнденамнно)фенил-а&нны.

2.3. Синтез и кольчато-цепная таутомерия шшергашдшюв

В реакции 1,3-диаминопропана с альдегидами и кетонамн обычно наблюдалось образование соответствующих бис-нмннов (R.F. Evans, 1967 г.). Было получено только несколько представителей пипернми-дшюв, причем для производных формальдегида, ацетона и пиридок-саль-5'-фосфата предполагалось явление колъчато-цепиой таутомерии (R.D. Scott, 1989 г.\ однако достоверные доказательства этого отсутствовали.

Мы нашли, что реакция между 1,3-диамннопропаном 11 и алифатическими п ароматическими альдегидами и предельными кетонамн'приводит к соответствующим моно-нминам (12а-ц) с выходами 60-90%, если осуществлять взаимодействие в присутствии избытка 1,3-диамииопропана. Моно-имнны 12 выделялись экстракцией реакционных систем пептаном с последующим удалением растворителя. Продукты реакции с предельными альдегидами и кетонамн далее очищались вакуумной дистилляцией, а производные ароматических альдегидов - переосаждешгем из растворов.

к

11 Н2Ы.

А

Я

Я

13Я' = Н а Я = 4-СН3ОС6К) * б И = 4-ВГС6Н4 в Я = 4-(СНз)2МС6Н4

Б

12 а Я = Н. Я - Ме; б Я = Н, Я' = Е1; в* Я = Н, Я' = Рг; г Я = Н, Я' = ¡-Рг;

д Я = Я' = Мс; с* Я = Мс, Я' = Ец ж* Я = Мс, Я' = Рг; з* Я - Мс, Я' = Ви; н* Я = Мс, Я'= !-Ви;к* Я = Мс. Я' = РИСН,; л* Я = Я' = Ей м* Я = Н, Я'= РЬ; и* Я -- Н, Я' = 4-РСбН4; о* Я = Н, Я' = 4-С1С6К,; и* Я = Н, Я' = 4-ВгСе,Н,; р* Я = Н, Я' = 4-МсОС,Л,; с* Я = Н, Я' = 4-Ме,ЫС6Н4; т* Я = Н, Я' = 4-Е1^СбН,; у* Я = Н; Я' = 4-МсООССеН,; ф* Я = Н, Я' = 2-НОСбН4;х* Я = Н. Я* = 3,4-(МсО):С6Н3; ц* Я = Н, Я' = 2-С1,6-ЫО:С6Н3

•вещество синтезировано впервые.

Образование соответствующих бис-импнов (13а-в) наблюдалось лишь в реакции 1,3-дна.чннопропана с избытком ароматического альдегида. Строение бис-нмннов 13, выделенных с выходами 80-90%, установлено с помощью спектроскопии ПМР (сигнал азометннового протона в районе 8.1-8.2 м.д., два триплета мешленовых групп при 2.1 н 3.6 м.д. с соотношением ннтепсивиостей 1:2, мультиплет арома-Л1ческих протонов в интервале 7-8 м.д.). Структур а моно-иминов в 1 растворах установлена с помощью спектроскош:н ЯМР, используя те же критерии, что и случае производных 1,2-днамнноэтана (табл. 3

Из данных табл.3 можно заключить, что производные иеразвет-вленных а.шЛашческнх альдепаов (12а-в) существуют целиком в шшернмнднновои форме Б, а явление кольчаго-цепной таутомерии

Л ^ С лрнсущс прочзвогчым мзо-масляного альдегида и предельных ксюаон (12т-.1), причем доля .чиненного та\томера А расгег с увеличенном е1срлиескич фебоианий замесглтс.тей Я-Я'.

Структура ироншо.'шых аро.машческнх а.ц>дсгндои (12м-ц, табл. 4) и»меийс1са в шщкжнч наделах в зависимости от прн|)оды замес -

н 4).

пггсля в ароматическом ядре - от отсутствия щпсличсской формы Б до ее полного преобладания.

Таблица 3

Да1шые спектров ЯМР 13 С в СРСЬ моноалкнлнденопых производных пропилеиднамнна 7а-л. м.д.

№ Форма ,%Б С-2, с=ы ЫСН2 СН; Я

12а Б, ЮО 66.1 4ч.4 25.9 - 21.7

126 Б, 100 72.0 44.8 26.6 - 8.8. 29.1

12в Б, 100 70.7 45.3 27.1 - 13.5. 17.9.38.9

12г Б, 95» 75.8 45.3 26.9 - 17.2. 32.7

12д А 168.4 39.3, 47.5 2Э.9 17.1 21.3

Б, 90 63.4 38.8 25.9 25.6 25.6

12еб Ае 168.5 39.6,46.1 34.6 15.8 9.9, 33.8

Б, 89 65.8 39.2 26.9 22.8 7.1,31.5

12ж Аеб 168.6 41.2, 47.6 33.6 25.4 12.5, 18.6,33.4

Аг 169.1 39.2,43.2 33.9 15.6 12.9, 18.6,32.8

Б, 65 65.4 38.8 26.5 22.9 13.4, 15.6,41.3

15з Аег 168.1 41.0,47.7 33.4 15.5 12.7,21.1,27.4, 30.5

Аъ 168.7 39.3, 47.1 33.6 22.2 12.7,21.5, 25.5, 30.8

Б, 61 65.2 38.8 26.6 22.6 12.6,21.9, 24.5, 38.5

12и Аед 168.5 39.4,47.9 33.6 25.0 21.4,21.6,50.6

Аг 168.8 39.0,47.6 33.9 16.3 21.6,21.6,51.6

Б, 20 66.2 40.0 26.2 22.8 16.0,23.5, 50.2

12к А 167.8 39.3,48.3 33.2 15.7 44.6, 125.6,127.5, 128.1, 136.8

• Б, 80 66.0 39.4 26.6 23.7 45.4,125.6, •27.3, 129.7, 136.3 _

12л А 172.9 38.7,46.9 33.8 9.5,31.1 9.5,21.8

Е. 78 67.1 38.5 26.7 6.3, 26.5 6.3, 26.5 ,

а>Таутомер Л детектирован методом ГШ Р. 6'Таутомер Лг не был обнаружен. *>Ае: Лг= 9 : 2.г'ЛЕ : Лг= 26 : 9. Лг=64 : 16

Таблнца 4

Данные спектров ЯМР ИС в СЭСЪ моноарнлнденовых прон шодных проппленднамнна 12м-ц, м.д.

№ Фор\.а С-2, Сар ом ысн2 СН2

,% Б С=Ы

12м А 159.4 126.8, 127.3, 129.2, 135.2 38.7,58.2 33.7

Б, 87 73.2 125.2. 126.5. 127.0. 141.7 45.0 26.0

]2н А 158.6 114.7, 129.0, 131.8, 163.3 39.3, 58.3 33.9

Б, 89 73.0 114.2. 127.3, 137.9. 161.4 45.4 26.2

12о А 158.5 127.9, 128.3, 133.9, 135.9" 39.3, 58.3 33.8

Б, 90 72.8 127.0. 127.5. 132.4. 140.5 45.3 26.3

12н А 158.6 123.8, 128.4. 130.8, 134.2 39.2, 58.2 33.7

Б, 92 72.7 120.6. 127.4, 130.3. 141.0 45.2 26.2

12р А 158.7 53.9. 112.3, 126.4, 128.2, 39.0, 58.0 33.7

157.9

Б, 65 72.8 53.8. 112.7, 128.3, 134.3, 45.1 26.2

160.3

12с А 160.8 40.0, 114.4, 124.3, 129.2, 40.4, 59.0 34.9

- 151.7

Б, 24 74.1 40.0, 112.2, 124.2, 126.7, 46.1 26.9

150.2

12г А 160.0 11.8, 43.5, 110.2, 123.0, 39.5. 58.4 34.9

128.9. 148.6

Б, 10 73.4 11.8, 4:.5, 110.6, 123.0, 45.6 26.4

126.5. 146.5

12> Б, 100 73.4 52.0. 120.5, 126.8, 128.6, 45.7 27.0

129.5. 146.4. 166.2

12ф А 164.7 116.2. 117.7. 117.8. 130.6. 39.2, 56.0 33.9

131.4, 160.4

Б, 5 71.7 115.5. 118.8. 124.7, 126.2, 44.0 26.2

128.6. 156.6

12 V А 160.5 55.6, 108.3, 110.1. 122.6, 39.9, 58.9 31.6

129.1. 149.0. 150.9

Б, 28 74.2 55.6. 109.3, 110.5, 118.0, 46.1 26.8

135.2. 148.2. 148.5

12ц А 161.2 121.5, 123.5. 130.3, 133.4, 39.6, 59.2 33.8

134.5, 154.6

Б, 64 71.3 122.4. 129.1, 131.7, 132.9, 46.3 26.4

134.9. 151.8

Для производных пара-замещенных ароматических альдегидоп наблюдается хорошая корреляция между' log Кх и константами Гам-мета-Тафта а* пара-заместителей (Л"):

log Кх = (0.93 ± 0.01) + (0.84 ± 0.01)о" (г = 0.99).

Величина коэффициента р. характеризующего чувствительность таутомерных систем к электронным эффектам заместителей, согласуете,. с ранее найденной величиной, описывающей состояние коль-чато-цепной таутомерии в зависимости от природы пара-заместителя в ряду кислородных аналогов изученных в данной работе соединении - N-оксиалкилнминов пара-замещенных беизальдегидов vF. Fulop, 19S7 г.).

Поскольку равновесие А ^ Б устанавливается в течение нескольких суток, по характеру изменения спектров ПМР со временем можно определить структуру веществ н отсутствие растворителя. В чистом виде моно-имииы 12 обычно находятся в той таутомерной форме, которая преобладает в растворе. Следует упомянуть, что положение таутомерного равновесия мало чувствительно к щмгроде растворителя и температуре.

Такнм образом, можно синтезировать производные 1,3-диами-нопропана в любой требуемой (линейный таутомер А или пнперн-мидин Б) форме в зависимости от природа заместителей R-R* карбонильной компоненты.

2.4. Производные 1,2-днаминоэтана н 1,3-диамшюпропана с альдозамн н их таутомерия

Присутствие в одной молекуле полярной кратной связи (С=0, C=N н т.д.) и двух нуклеофнльиых центров (ОН, NH-ipynn и т.д.) создают возможность суперпозиции двух кольчато-цепиых равнове-енн, чго может приводить к кольчато-линейно-кольчатым таутомер-ным равновесиям. Эта проблема изучалась в течение последних лет, что привело к обнаружению различных колъчато-линейно-коль-чатых таутомерных систем (К.Н. Зелешш и В.В. Алексеев, 1981-1997 гг.). .

Азотистые производные Сахаров, содержащие дополнительный нуклеофилыгьш центр в нмшшом фрагменте, MOiyr рассматриваться как подходящие объекты в этой области (связь С=N и два н\тслсо-фильных центра - ОН-гр^тата и этот дополнительный иенгр). В частности, трехкомпонентное равновесие с участием двух циклических форм, 2,3-дигидро-1,3,4-тиадиазола и пирапозы, и линейной формы, П1дразошюго таутомера, наблюдали лдя тиобензонлгидразона глго-

козы с его дополнительной БНчруппой (К.Н. Зеленин и В.В. Алексеев, 1992-1994 гг.). Кольчато-лннейпо-колъчатое равновесие гекса-гндро-1,2,4,5-тетразин-3-тнон - тиокарбоногндразон - тетрагидро-ппран нмел~ место в случае тиокарбоногндразонов глюкозы н галактозы, содержащих дополнительную МНзлруппу.

Появления подобных свойств следовало ожидать для продуктов взаимодействия моноз с 1,2-дпаминоэтаном и 1,3-диамннопропаном с их активной во внутримолекулярных циклизациях (^-аминогруппой.

Нами с выходами 60-900/о были получены ранее неизвестные мо-ноалкнлндеиопые производные альдоз с 1,2-дш1.\шноэтаиом и 1,3-диамино-пропапом (14а-з) и их структура исстедована методом спектроскопии ЯМР 13С (табл. 5).

. 1—0 NH(CH2)nNh2 r^tT

но-< У п=3 ЛА

Р-Б

CH=N(CH;)nNH2 (СНОН), R

Н

(CHOH)4R Г

„оА

ОН он н

U-E R = H,CH3,CH2OH в

14 п = 2 а рамноза, б глюкоза, в манноза; п = 3 г ирабшю in, д рамноза, с глюкоза, «к манноза, з галактоза

Линейная форма > зтнх веществ может быть определена по прн-суилвшо сш пала аюма углерода связи C=N при 150-180 м.д. в >тле-ро,ои.1ч спеклрач. Сигнал аномерного атома углерода д;ш пнраноз-ии\ форм Б а ю 1 iici ь.\ произвольных моноз находится в интервале 87-91 м.д. (О,N-окру жение). Наблюдаегся практически полное совпадение сшналои агомои углерода углеводного фрагмента пнраноз-них фо[)м с дш-.paiypnuMii данными для подобчых производных моноI. Спыал аюма илерода С-2 дтя пипернмнднновот Г или luuuaioтитовою В тутмерон начодшея в облает 65-70 м.д. (N.N-окр) жпше).

На основании полученных результатов (габл. 5) можно сделать следующие заключения:

-не были обнаружены линейная, А, и циклическая имидазолиди-новая, В, формы;

-в случае 3-аминопропилимшюв обычно превалирует форма Г;

-для пнранозных форм имеет место аномерное равновесие а-Б Р-Б;

-полнкомпонентная таутомерная иитерконверсня производных гетероциклов между аномерами пирапозы и соответствующими пн-

пернмндннами а-Б ií р Б Г наблюдается для 3-амнпопро-гагашинов рамнозы, глюкозы и галактозы (соединения 14д, с, з).

Таблица 5

Данные спектров ЯМР 13С в DMCO-cUпроизводных альдоз с 1,2-дпампнотганом и 1,3-лнамттопропаном 14а-з, 5, м.д._

№ Форма С-1 С-2 с-з С-4 С-5 С-6 N-СНз и

,°0 СН:-С-СН2-

14а а-С, 15 88.7 71.7 71.1 72.7 66.7 18.2 46.1» -

Р-С, 85 87.1 71.7 74.6 72.7 72.5 18.2 45.9 a -

146 а-С, 20 87.3 71.9 73.4 70.9 71.3 61.6 45.6,49.3 -

Р-С, 80 91.1 73.8 77.9 70.7 77.7 61.6 44.6, 48.6 -

14в а-С, 35 88.3 71.2 70.9 67.9 72.2 61.8 42.2, 45.4 -

р-С, 65 87.6 71.6 74.8 67.7 76.7 61.8 44.9, 48.3 -

14г В, 100 70.7 71.2 72.3 73.6 63.7 - 44.8,45.05 27.3

14д а-С, 10 88.5 71.7 71.2 73.8 66.6 18.2 43.3 a 33.9

р-С, 30 87.3 71.7 74.6 72.7 72.5 18.2 42.9» 33.9

В, 60 70.5 73.9 71.3 71.7 66.5 21.0 45.0 27.4

14е а-С, 5 87.3 71.9 73.9 70.7 71.2 61.6 39.8, 49.9 33.6

р-С, 45 90.0 73.7 77.9 69.7 77.7 61.6 39.4, 48.8 33.6

В, 50 70.0 73.7 69.7 71.2 74.7 64.2 44.4,45.36 27.1

14ж В, 100 70.2 71.6 71.3 70.7 72.3 64.1 45.0 27.4

14з а-С, 5 90.6 70.8 69.2 70.8 71.2 62.3 43.4» 33.1

р-с, 10 91.4 73.8 74.3 68.6 76.0 60.7 43.9 a "33.1

С,.85 70.0 73.8 71.6 70.8 69.5 63.3 44.9,45.05 27.3

' Другие сигналы закрыты сигналами поглощения растворителя. 6 Присутствие двух сигналов можно объяснить существованием днастсреомеров.

Отсутствие линейного та\томерп А для этих соединений может быть объяснено невозможностью их стабилизации за счет эффекта р,л-сопряжеиия, в отличие от гидразонов альдоз, где наблюдалась кольчато-цепная таутомерия (А.А. Потехин, 1978 г., К.Н. Зеленин и В.Е. Алексеев, 1993 г.).

Можио заключи 1ь, что производите 1,3-пропнлендпамина проявляют ярко выраженную тенденцию к реализации нноП, чем пнра-цоза, циклической формы. Положения подобных равновесий могут служить косвенным критерием стабильности как таутомерных форм различных, азотистых гетероциклов, так и циклических форм индивидуальных альдоз.

* * *

В целом можно отмстить следующие тенденции. Производные н-алкаиалеп с диаминами существуют в соответствующей циклической таутомериой форме Б (нчндазолидии, лнперпмидин).

Моно-нмнны алканонов и /оо-масляного альдегида проявляют

тенденцию к таугомерному равновесию А ^ Б, прнчем'с увеличением стсрнческнх препятствий для карбонильной компоненты доля линейной таутомериой формы А расчет.

Арнлнденовые пронзио;шые этиленднамина и о-фениленднами-на склонны к су щес1 новацию в виде линейного имина А, а в'случае 1-арнлпдсн.>мнно-3-амннопропанов имеет место кольчато-цепная таутомерия, причем тенденция к увеличению доли линейной формы возрастает с ростом электронодоиорного характера заместителя в ароматическом ядре. Это обьнсияется стабилизацией тлутомера А за счет л.л-сопряження между кратной срчзыо С=Ы н. ароматическим кольцом, интенсниность которого увеличивается с ростом донорного характера замес пп ели в кольце.

Для пмнпов 1,3-диамнпоцропана наблюдается бблыиая тенденция к образованию циклического пнперпмидинового таутомера, чем у производных ')1илен,чнамина, что согласуется с правилом Болдуина о предпочтительном образовании колец при б-эидо-мриг-процес-сах но сравнению с 5-зш)<)-»1/>№-цнклшицнимн.

Это различие в поведении производных э тилендиамнна и пропи-лепднамппл четко проявляется в случае соответствующих моно-нмнноп альдоз, а именно, нмнны 'лиленднамнна существуют в виде пнраио», в ю время как имииы прошпендиамина представлены пи-перимидииошлм тау.омском. В отдельных случаях конкуренция междч кольчатыми формами приводит к появлению кольчато-коль-ча ш.ч 1 а> юмерныч сиск'м с участием пнраиозных и пипернмидино-11011 форм.

Полученные нами, в сравнении с литературными, данные указываю!, чю нук.кофп.1Ы1остъ и стернческне напряжения для Ы-»амещеппыч нумлон увеличивают стабильность циклической формы и раду О < М1 Б

3. ВЫВОДЫ

1. Разработаны методологические основы синтеза моно-ялкилн-ден(арнлиден)нмниов 1,2-днамннозтана и 1,3-,»нам«шопропана (п том числе - производные альдоз) и моно-арнлидешгмннов о-фенилен-днамина. В результате получена большая указанных соединений, большинство из которых не было известно ранее. '

2. Установлено, что продукты конденсации этиленднамииа и 1,3-пропилендиамина е и-алканалямн существуют а 1,3-диазагетсро-цнклнчсской форме (имида золидш, пипернмиднн), а соответствующие арнлнденовые производные представляют собой моно-имииы (п случае этнлендиампна) или находятся в кольчато-цепном равновесии (в случае 5,3-диамннопропана).

3. Вьшлены основные тендекшш, определяющие характер коль-чато-цепной таутомерии синтезированных моно-иминов алканонов. Установлено, что данные соединения в растворах представляют собой таутомерные смеси моно-тиш - 1,3-даазагетсроцнкл, причем доля лнненнной формы растет с увеличением стернческю препятствии для карбонильной компоненты. Кольчато-цспное равновесие моио-арилвдениминов И.З-доамщшпропана описывается корреляционным уравнением Гаммета-Тафта.

4. С помощью метода ПМР-спектроскопии доказано, что взаимодействие охсосоединешш с о-фешшендиамтюм последовательно происходит через следующие стадии: моно-имин -> бензимидазолнн -> бетнмидазол (2,3-дигадро-1 //-! ,5-бензодиазепин).

5. Моио-нмины этнлендиамнна с альдозамн существуют в виде аномерных смесей соответствующих пираноз, производные 1,3-днаштопропана представляют собой гашернмндшгы. Для производ-иых глюкозы, рамнозы и галактозы наблюдается кольчато-кольчатое таутомерное равновесие между аномерами шфанозы н пипершшшном.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Зеленин К.Н., Украинцев И.В. Кольчато-цепная таутомерии системы 2-фен11.цексап1дропнрпмнд1ш - 1-беншлиден-З-аминопро-пан.- Химия reiepoiuiia. соед., 1996, N 8, C.1137.

2. Derivatives of Aldoses with 1,2-Diaminoethane and 1,3-Diaminopropane and iheir Tautomerism/ K.N. Zelenin, V.V. Alekseyev, l.V. Ukraintsev, I.V. Tselinsky// Mendeleev Commun.- 1997.- Vol. 6, N 3.-pp. 111-112.

3. Zelenin K.N., Ukraintzev I.V.. l-Alkylidene(arylidene)amino-2-ethanes and iheir Tautomerism.- Org. Prep. Proc. Int.- 1997.-Vol. 29, N 6.-pp. 812-817.

4. 2-Substituted Pyperimidines and their Tautomerism/ K'.N.Zelenin, V.V.Alekseyev, l.V. Ukraintzev, I.V.Tselinskiv// Org. Prep. Proc. Int., ' 1997.- Vol. 29, N 7.- pp. 923-934.

5. Зеленин K.H., Украинцев И.В., Кукушкин 10.Н. Простейшие моноалкилндеи(арнлиден)овые производные этнленднамнна// Тез. докл. VI Рсерос. конф. "Карбошш.ные соединения в синтезе гетеро-цнклов", 13-15 сен тября 1996 г.- Саратов, 1996.- С. 109.

6. Украинцев И.Ь. Простейшие 2-алкилнмндазолидниы// Тез. докл. конференции молодых ученых ВМедА им. С.М. Кирова, 11-15 декабря 1996 1.- СПб, 1996, С.143.

7. Украинцев И.В., Зеленин К.Н., Целшскнй И.В. 2-Замещечные пиперпмцдпни. Их сшггез >< таутомерия// Тез. докл. научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ(ТУ), посвященной памиж М.М.Сычева, 22-23 мая (997 г.- СПб, 1997, С.70.

г?.:Ы.97 3-к 155-75 PTII ИК СИНТЕЗ Московский пр.

Гг /

\