ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НУКЛЕОФИЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ В СИСТЕМЕ 3-НИТРОКУМАРИНА тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

-З

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 НУКЛ ВДФИЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ В СИСТЕМЕ 3-НИТРОКУМАРИНА

(02.00.03 — органическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена п 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 дочтоо химических наук, профессор А. Ф. Грапов, доктор химических наук, профессор В. И. Соколов.

Ведущая организация — Тхльский 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, \л Тимирязевская, 49

С диссертацией можно озиа ^омиться в ЦНБ ТСХ \

Автореферат разослан 8 января 1993 г

Ученый секретарь специализированного со! 'т '

К-120 35 04 — кандидат химических наук, доцент

Г. П Токмаков

ОЩАЯ :ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшим объекте» изучения нуклеофильной реакционной способности являются ароматические нитропроизводные, часто используемые в качестве моделышх систем для выяснения меха» ниэма процессов нуклеофильного замещения. В последнее время внимание исследователей все чате привлекает и соединения гетероциклического pjyja, поскольку варьирование структуры влекгронодефицит-ного фрагмента значительно углубляет понимание факторов, влияющих . ' на нуклеофильную реакционную способность. Для реакций, протекающих по механизму^ дАг , ключевой стадией процесса является промежуточное образование анионные б-комплексов мейзенгеймеровского типа, стабильность которых во многом определяется способностью алектро-нодефицитного фрагмента делокализировать заряд дополнительного електрона. В этом плане особый интерес представляет изучение анионных б-комплексов, образующихся при атаке нуклеофила на гетеро-ароматические субстраты, которые обладают, как правило, менее вы-;

• : раженным ароматическим характером.

Настоящаядиссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР МСХА им.К.А.Тимирязева и Координационным планом АН СССР. ■ по напрмлешщ. "Синтетическая органическая химия", раздел 2.И.2.4, ; \ Цель работы: Изучение спиро-б-комплексов мейзенгеймеровского яте снегам 3*щиро«ушрина.>'.

■ Научнее новизна. В ходе настоящего исследование был значитель- * но расширен ряд ввделенных или зафиксированных в растворе спиро-комплексов этого типа.' Получены спирокомплексы с 1,3-бензодиоксо-

• ловым, I,3-бензоксатиоловым, I,3-дитиановым, оксазолидиновым и бензоксазолиновыи спироциклами, что позволило оценить влияние на термодинамическую стабильность комплексов и их реакционную способ-ностьварьирования природы нуклеофилышхцентровХиУ (0,Н,2) и

ЦЕНТРАЛЬНАЯ ' HAVWfl «"•'*• «40TCK^f ч. "

сел : -эдмвм

, . ' им. К. ,..

И«.? Vja it .1

типа эвена, связующего нуклеофильные центры.

Исследована возможность синтеза нейтральных гетероциклических структур, спиросочлененньгс по положению 4 системы 3-нитро-3,4-дигидрокумарина, при взаимодействии бис-тиолов С соответствующими 4-хлоркумаринами. На примере спирокомплекса с 1,3-бензоксатиоло-вым кольцом впервые отмечено, что внутримолекулярная нуклеофиль-ная 1,2-циклизация орто-гидроксидиарилсульфидов 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 нуклеофильного замещения, протекающих

V

по механизму й^Лг; позволяют широко моделировать влияние различных факторов на скорость реакций, стабильность интермеДиатов, процессы анионотропйой таутомерии 'и перегруппировок и, тем самым, решать общие теоретические вопросы Органической химии. Осуществлен синтез новы* типов гетероциклических структур.

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

ЙУбЯйкации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и те-аивы вклада на научной конференции.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 110 'страницах, построена традиционно и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и заканчивается выводами и списком литературы.

- 2 -

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

■ * '- 0СН0Ш0Е СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ; ■ ^<-,

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

. 1. Реакюрш с серосодержащими бис-нуклеофилами с . , ;

" Ранее накафедре органической химии МСХА был обнаружен факт неожиданного образования устойчивых нейтральных спироциклических. бис-гетероциклов" - спиро [3,4-дигидро-2Н- [I] бензопиран-4,2-[1,3]-дитиолан] -2-онов

и соответствующих'им'анионных спиро—б—комплексов при взаимодействии З-нитро-4-^лоркумаринов,с I,2-этандитиолом.

Для пикрильных производных известно, что удлинение цюслиэую-иегося фрагмента, связывающего два нуклеофильных центра, т.е. расширение спироцикла,' приводит крезкому снижению стабильности ^ спирокомплексов за счет большей потери вращательной свободы боко-^ , вой цепи при Фамыкании« кольца.: В связи е »тип представляло инте- -рес проследить'влияние;на процесс спироциклизации последовательного увеличения длины:звена,: связывающего два нуклеофильных ¿-центра, а именно,, попытаться зафиксировать цикло-цепную таутомерию при переборе "рядов -1,2-»тан-, X ,3-пропвн- м I,4-бутандитиолышх.'; производных; 3^итро-2Нт1-бензопиран-&^ов; г * • ■ .<->у;

Взаимодействие 1,3-пропандитиола3-нитро^ (1а) и 3,6-дм-нитро-4-хлор-2Н-1-бевэопиран-2-онами (16) приводит, как и в случав

о 1,2-этандитиольиого производного, к образовании спироциклических соединений - 3-нитро- и 316-динитроспиро[3,4-дигидро-2Н-[1]бензо-пиран-4,2- [1,3] дитиан] -2-онов (На,б). В отличие от этого конденсация соединения (1а) с I,4-бутандитиолом дает продукт "открытого" типа - 4-(4-ыеркаптобутилтио)-3-нитро-2Н-1-бекзотпфан-2-он (Ш), и» как следствие, реакция осложняется образованием значительного количества $,$'-бис(3-кигро-2Н-1-бензогтран-2-он-4-ил)-1,4-бутандитиола (1У).

. ь

к

N0*

ют*™

Спироструктура соединения (Па,б) подтверждается наличием в спектрах ПМР синглета протона Н при соответственно 6.05 и 6.08 м.д.'и неэквивалентностью всех вести протонов

Н4

I,3-дитианового

цикла 9 обоих случаях. В отличие от этого наблюдаемые в спектре ПИР два триплета при 1.37 и 3,04 м.д., дублет триплетов при 2.55

* культиплет при 1.78 м.д. с соотношением интенсивностея 1;2:2':4 однозначно характеризуют структуру соединения Ш) как "от-криую* форму и обусловлены резонансом соответственно групп $Н, Л-» 8- и полученные значения констант спин-спинового

взаимодействия свидетельствует о преимущественной конформации кресла 1,3-дитианового цикла в соединениях (Па,б). Конформация соединения не меняется при переходе от раствора к кристаллу (данные РСА)*.

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

Таким образом, способность к спироцихлиэации (нуклеофияьному присоединению группы к активированной двойной связи С^С*) .4-Н5(СН2)я& -3-нитро-2Н-1-бензопиран-2-онов резко снижается при переходе от (1« 2,3 к Л« 4. Температурный фактор [нагревание * • даС0-сі6 соединения (Па) до 373К и охлаждение в СЕЮІд соединения (Ш) до2І5КІ не приводит к сдвигу равновесия в предполагаемых ко-льчато-цепных процессах. Для соединения (Па)наблюдается яинеЯн&я . зависимость от температуры: в'интервале 290-37ЭК

0.825(^0.057) - І25.І(±І9.І)Т, Г-.0.999, Л« 5, Р - 0,95, ' > /

Для ранее исследованного 3-нитро-2Н-1-бензоті|^-2~он-4-иль-ного производного 1,2-этандитиола, сучествуэдвдго^; как уже упомянуто, в спироциклическоЯ форме, взвимедвЛетмм <5" приводит к образ ованию стабильного анионного етрожомляекса, Который в дальнейшем распадается с выбросом но леку ян гиирвяа до тряэтилаююние-вой соли 4-меркапто-3-нитро-2Н-1-беиэ<нифан-2-она. Введение нитро-,группы в положение б кумаринового адр» не меняет ситуацию по крайней мере на.качественном уровне. V Л

В отличие от этого из соеддаений-только дитиан (Пб)-при действии Е4дП образует стабильный спирокомплвкс (Уб), выделенный в виде трмэтиламмониевой соли, асоединений (Па)в этих условиях сразу циклизуется до 9,Ю-дигидро-6Н,8Н-[1,4]дитиепино[2,3-с] [і] бензопирвн-6-она '(УІа) путем внуїржюлекулярного нуклеофиль-ного эамещенилнитрогруппыв положении З.Сгоірако«ілекс(Уб) в : растворе СВСІд через 24 часа только на 50% раевадавтся на рад соединений., одним не которых являетсяпродужт ерто-^рклизации - 2-нитро-9, ІО-дигидро-бН ,6Н- [1,4] дитиепкко [2,3-е] [і] <бвнэопиран-6-он (УІ6). ' • : • •

їо.5

ЕЦ К

V

О,

V аЪ

О- "

да

0^0 41 а. £

Изменения, происходящие в ИК, электронных и спектрах ШР при переходе от исходного соединения (Пб) к спирокомплексу (Уб), подтверждают структуру последнего. 3 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 Е^И в спектре ПМР (СйС13) соединения (Ш) происходит только уширение сигналов, а в электронном спектре (вцетонитрил) - появление длинноволновых максимумов поглощения не наблюдается.

Существенным отличием в реакционной способности соединений, связанное о расширением дитиаспироцикла, являются пути распада этих соединений в кислых и нейтральны* средах. Для 3,6-динитро-спиро [3,4-дигидро-2Н-[і] -бензопиран-4, 2- [1,3] дитиолан] -2-она (УПб) в водном ацетонитриле достаточно легко протекает процесс раскрытия лактонового кольца с последующим декарСоксилированием до 2-(2-ок-си-5-нитрофенил)-2-нитрометил-І,3-дитиолана (УШ), а в кислой среде соединение (УПб) гидролизуется до 2-иеркпптоэтилового ¿-эфира 2-окси-5-нитробензойной кислоты (IX).

V

5 Ь«

О ОН

о 5

»А и' у-гГ^у

кг

- б -

ЯС

■г

С'^МО,

3 отличив от этого,пропандитиольное производное 3,6-динигро-кумарина (Пб) при кипячении в водном ацетонитриле устойчиво, а при нагревании в присутствии концентрированной соляной кислоты превращается в 5-нитроспиро[2,3-дигидробензофуран-3,2- [1,3]-дитиан] -2-он

(X). ■■ л - .•'■ V - Г •• '

* Такая трансформация соединения (Пб).достаточно необычна,и однозначное доказательство структуры (X) было получено в результате рентгеноструктурного исследования этого соединения.' •/'■ 2. Взаимодействие о 0,5-биснуклеофилом(о-меркаптофенолом)

Существенное влияние на стабильность комплексов оказывает . природа гетероатомов X и У'. й связи с этим мы изучили возможность образования спирокомплекса. кумарина с Л ,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 Е4дП.в этилацетате.'.

/' К = Н (а), К02 (б). ■ /;'>ч\

Структура полученных соединений была доказана спектральными -методами. Так ¿"в спектрах ПМРисходны*, соединений №а,б)* снятых в ацетоне-^, наблюдается синглет протона фенольной гидроксильной

группы при 9.53 и 9.75 м.д. соответственно. Этот же сигнал в ДйСО-с)^ наблюдается при 10.62 и 10.61 м.д. в ИК спектрах (таблетка Кйг) ата группа поглощает в области 3360 , а нитрогруппа в положении 3 у соединения (Х1а) - в области 1540 и 1360

При Добавлении В^дП к растворам исходных соединений в спектра* №Р происходят существенные изменения, характерные при образовании комплексов. Так, исчезает синглет протона группы ОН, в сигналы все* ароматических протонов смещается в сильные поля на 0.30.5 ы.д.'Исключение составляет сигнал протона положение которого остается практически неизменным при переходе от соединений (Х1а,б) к соответствующим соединениям (ХПа,б).

При добавлении в ампулу ЯМР трифторуксусной кислоты происходит немедленное и полное преобразование спектров комплексов в спектры исходных соединений, что свидетельствует об обратимом характере процесса. Спирокомплексы (ХПа,б) были выделены в виде три-атияаммониевых солей, и их спектры полностью совпади со спектрами

комплексов, ПОЛучеННЫХ (Я ■

№ о.? т о.ъ

В ИК спектрах этих солей по сравнению со спектрами исходных соединений (Х1а,б) происходят характерные изменения. В обоих случаях наблюдается смещение в низкочастотную область полосы_поглощения карбонильной группы и нитрогрутш в положении 3, которые участвуют в делокалиэации отрицательного заряда. Полоса поглощения нитрогруплы в положении 6 остается неизменной для комплекса (ХПб). В электронных спектрах при образовании спирокомплексов наблюдается усиление длинноволнового поглощения.

. Таким образом, проведенные исследования позволяют утверждать о том, что комплексы 3-нитрокумарина с I,3-бензоксатиоловым кольцом оказываются значительно стабильнее аналогичных 2,4,6-тринит-роциклогексадиенатны^ спирокомплексов. .

.Во веет, известных;в литературе,примерах 1,2-циклизация о-ги-дроксидифенилсульфидов с выбросом орто-нуклеофуга протекает без перегруппировки Смайлса, т.е. ортогзаместитель (например, нитро--группа) вытесняется кислородным нуклёофильным центром. В отличие от этого, нагревание" в ацетонитриле спирокомплексов (ХПа,б) или исходных соединений Ш{цб) в присутствии оснований приводит в обоих случаях к образованию смеси двух возможных регионаомерных бензоксатиинов (ХШа.б) и (Х1Уа,б) соответственно в соотношении примерно 1:1;^ •ГД>/'*' • •

Для доказательства.строения бенэоксати№ов (ХШа) и (Х1Уа) было проведено их десулЦурированив над никелем Ренея, в реэульта те чего были получены 3- и 4-фенокси-2Н-1-бензопиран-2-оиы соответственно.

Образование изомеров <Х1Уа,б) служит первым примером внутримолекулярной нуклеофильной 1,2-циклизации о-гидроксидиарилсульфи-дов, протекающей, с перегруппировкой Смайлса, что скорее всего.

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

3. Реакции с кислородсодержащими бис-нуклеофилами

Образование анионных спироциклически^ мейзенгеймеровских структур в ряду кумарина из нейтральных открытых форм было обнаружено нами и на примере пирокатехиновых производных 3-нитрокуыа-рина (ХУа-г). Для их получения реакцию проводили в абсолютном бе

R1 - R2 - Н (а); R1 - Н, R2 - CI (б); Р1 - Н02, R2 - Н (в); R1 - Н02, R2 - CI (г)

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

В итоге синтез нейтральных открытых соединений (ХУа-г) был осуществлен при использовании двух эквивалентов ¿4-дН через выделение 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-

(пирокатехинами)

рокате*юш. Например, почти количественны!» распад.соединений.; (ХУв ,г) наблюдается в растворе ДМСО-с!^ через 15 мин. Мононитро-производные (ХУа)несколько более устойчивыкгидродизу. В отли-, чие от производных монотио- и. дитиопирокатехюю,, соответствующие спирокомплексы спирокатехиновым фрагментом не цихлизуются путем внутримолекулярного замещения 3-нитрогруппы даже; при длительном ■/.нагревании в ацетонитриле... „,..., . •„' „■

Структура соединений (ХУа-г), как "открытых" форм, и спиро-циклическая структура (ХУ1а-г) подтверждаются их ЯМР ИК и електронными спектрами, в; которых,при переходе (ХУяг=ХУ1> происходят весьма ..характерные изменения., .•' \. ' ,.:'.;, . С целью однозначного доказательства спироциклической структуры аниона (ХУ1); выполнено рентгеноструктурное исследование три-этиламмониевой. соли (ХУ1в). В кристалле соли,(ВДв) анионм и катионы ЗД3НН* объединены в ионные пары вилочными водорода»« связями Н-Н..,О,'е участием атомов, кислорода и (рис.1);. . ; , Г.

. Для анализа распределения электронной плотности проведено, квантово-химическое исследование строения аниона, (ХУ1в),, в котором для упрощения расчета пирокатехиновый фрагмент, был заменен на две гидроксильныв группы 07Н9 и Овн10. Расчеты проведены по методу. МЩЮ, испойьзована версия программы МНОО/НЗ для 03-ЭШ*.

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

"Автор выракает глубокую благодарность И.Б.Станкевичу к А.Л.Чистякову (ИНЭОС) запроведенные расчеты. V .

хода комплекса в нейтральную форму) будет происходить не как прямая атака прогона на один из атомов кислорода 1,3-бензодиоксолано-

о

вого цикла, а путем присоединения протона к атому С , несущему наибольший отрицательный заряд, с образованием неустойчивого интермедиа та, который затем по внутри- или межмолекулярному пути превращается в (ХУ).

Таблица I

Распределение эффективны»" зарядов на атома* модельной системы

Атом Чг Атом Ь Атом <?х Атом %

о* -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 о' -0.29 с6 -0.17 н5 0.11

с3 -0.55 0е -0.29 с5 0.ІІ н8 0.08

н1 0.54 с4* -0.25 н2 0.49 н9 0.16

о3 • -0.42 с8а 0.24 о5 -0.38 ню 0.16

4. Взаимодействие с Н,0-бис-нуклеофилами

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

или фенола. Конкретно, в качестве бис-нуклеофилов были использованы 2-П-1?-аминоэтанолы и о-Н-К-аминофенота.

Исходные соединения: 4-(2-гидрокси*»тиламино)-3-нитро-2Н-1-

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

ро-2Н-1-бензопиран-2-он (ХУПб) и 4-Ш-0ензил-П-2-гидр0ксиэтилами-

но)-3-нитро-2Н-1-бензопиран-2-он (ХУПв) были синтезированы взаимодействием 3-нитро-4-хлор-2Н-1-йенэопиран-2-она с 2-амино-, 2-мв- . тиламино- и 2-бенэиламиноэтанолами в этаноле (ХУПа-в)..Аналогично были синтезированы производные о-аминофенола и его.П-метилзамещен-ного (ХУШа.б): 4-(2-гидроксифениламино)-3-нитро-2Н-1-бензопиран-2-он(ХУШа) и 4-Ш-2-гидроксифенил-Н-метиламино)-3-нитро-2Н-1-бенэо-пиран-2-он (ХУШб).

; 1Ш Он

RK ОИ А-

1« -

«н

Ш ОН

0^0

О" mt

о^о xvи о,Ъ

0^0 ЩИ

US'

R » H (a), CHg (6),PhCH2 (в) * , 'л ч -ll/V.

В спектрах;ПМР. соединений (ХУПа-в) наблюдается сигнал гидрок-сильной группы в вцде уширенного триплета а,области 4-5 к.д., а для соединений (ХУ1а,б) - в виде уширенного синглета в.области 9-IO м.д., что характерно для продуктов открытого типа. Кроме того, характер мультиплетности сигналов протонов этиленового фрагм мента свидетельствует об эквивалентности геминальных метиленовнх протонов в группах CHgO и CHgH, которые в альтернативной спиро-циклической структуре должны быть неэквивалентными., Еще одним доказательством образования открытых структур является;отсутствие

' • " * - " 3 ■ '

синглета в области 6-8 м.д., наблюдаемого для протона Н в спиро-

циклических структурах. Соединения (ХУПб,в) оказались малоустой- ,

чивьми: первое из них уже при хранении,а второе - при нагревании

разлагались, образуя при этом смесь неидеитифицированных 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 ПМР, а соль (ХХб) была ввделена. Спироциклическая структура анионных комплексов (Х1Хб,в) подтверждается неэквивалентностью всех четырех протонов Н^"^ этиленового фрагмента, что отражается в спектрах 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-ВоОК в спектре ПМР наблюдается лишь незначительное смещение (на 0.05-0.07 м.д.) сигналов всех протонов в еильные поля. В случае кумарина (ХУШа) (ацетон-с^, Е^дЯ; ДМ.СО-с!^, 4-ЗиОК) 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 (И, как это имеет место, например, в случае Н-фенилпикрамцца. Для кумарина (ХУПа) ионизация по группе НН менее вероятна, однако другим стабилизирующим фактором, препятствующим образованию спирокомплекса, может быть внутримолекулярная водородная связь ЯН...Ж^.

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 снижать участие этой группы в стабилизации анионных б-комплексов.

Вэаимодействием 1-метил-3-нитро-4-хлор-2(1Н)-хинолинонов (ХХ1а,б) с 1,2-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) -хинолинон-4,2- [1,3] дитио лан] ов (ХХПа.б). . ;

м

«ог «і ¿й йо

г

чі-Ч

й 1

.м»

т о,ъ

К - Н (а), Ш2 (б) Спироциклическое строение соединений (ХХПа.б) подтверждается

' л

наличием в спектре ШР синглета протона Н * мультиплета системы

Л' 5'

АВСО протонов этиленового фрагмента п*» , Интересно сопоставить . некоторые спектральные характеристики соединения (ХХПа) с соответствующими характеристиками 3-нитроспиро[3,4-дигидро-2Н-[I]бен- . зопиран-4,2-[I,3]дитиолан]-2-она (ХХШ) и 3-нитроспиро[3,4-дигидро-2Н-[І]бензотиопиран-4,2-[1,3]дитиолан]-2-она (ХХІУ).* Так, в спек-' тре ШР (СОСІд) 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 ДМСО-с^: 6.62, б.63 и 6.14 м.д. соответственно. Аналогич-

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

о

нию положений синглета протона Н° в сильные поля (6.98 и 6.38 м. д., ДИС0-<%) и полосы поглощения карбонильной группы в ИК спектрах в низкочастотную область (1795 и 1680 см"*). Эти данные позволяют предположить, что в указанном ряду соединений стабильность соответствующих им спирокомплексов (или дате возможность образования) должна уменьшаться за счет увеличения электронной плотнос-3 2

ти на фрагменте С -С »0.

Даже при добавлении значительного (25-кратного) избытка е^-дП

О

сигнал протона Н в спектре ПМР не исчезает, хотя его интенсивность приблизительно вдвое уменьшается - результат, который свидетельствует о значительно меньшем кислотном характере соединений (ХХПа,б) по сравнению с их 0- и 3-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).

XX»

в

н

к

ко±

сш

« . ; -1-

м4 • ;си» :.;. ш\ а, ъ

Ь'

Р-Н (а), К02 (б)

.. АЧСО . ' ■ хто/м* , • Попытка зафиксировать спирокомплекс (ХХУа) методом ПМР, заме-' нив 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 соеди- ' : нения (ХХПа) до зтиленсульфвда и соответствующей соли 4-меркапто-1-метил-3-нитро-2(1Н)-хинолинона (ХХУПа), хотя также образуется около 10% дизамещенного (ХУ1). ... ■

Введение нитрогруппы в положениеб 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 сни- ; жению стабильности соответствующих спирокомплексов, что, по-видимому, связано с уменьшением в последних случаях участия карбонильной группы в делокализации ддполнительного электрона сгтирокомплек-са. '-г • ■ - •

- Х8:'.-

аЫиОДЫ

1. Проведено систематическое исследование электронодефицитной системы 6-К-4-Х-3-нитрокумарина в реакциях с бис-нуклеофилами. 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 ХС^СН^УН или о-ХС^Н^УН, в зависимости от нуклео-фильных свойств центра У возможно существование двух форм: открытого типа (Х = У«0;Х«5,У = 0;Х = НИ, У « 0) и спироцикли-ческого типа (X »У » &), образующейся в результате внутримолекулярного нухлеофильного 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 Л ,^-алкандитиолах Н$(СН2)„£Н, на способность существования соответствующих 3-нитрокумариновых производных в циклической (л- 2,3) или открытой (Л - 4) формах и химическое поведение соответствующих им сопряженных оснований.

4. Взаимодействием 6-1?-3-нитро-4-хлоркумаринов с 2-меркалто-фенолом получены 6-В-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-К-6Н-[1] бензопирано-[3,4-в1- и -14,3-в] [1,41 бензоксатиин-6-онов, причем образование госгеднего из которых включает предварительную перегруппировку

Смайлса, впервые отмеченную на'этом примере при циклизации орто-гидроксидиарилсулъфидов. ,, р

5, Взаимодействием З-нитро-4-хлоркумарина с 2-П-К-аминоэта- . нолами (R - H.Me.CHgPh) и o-R-R-аминофенолами (R - Н,Ме) синтезированы соответствующие 4-(2-гидроксиэтиламино)- и 4-(о-гидрокси-фениламино)-3-нитрокумарины, из которых только Н-замещенные в присутствии оснований дают анионные спиро-б-комплексы. " ¡

6. Показано, что при, переходе от системы 3-нитрокумарина к . ;¡ системе З-нитро-иС-хинолона устойчивость соответствующих анионных спиро-б-комплексов резко падает, хотя при взаимодействии 1,2-этан-дитиола с 6-К-3-нитро-4-хлор-А-хинолонамн по-прежнему образуются ; спироциклические I-метил-З-нитроспиро- ж I-мегия-3,6-динитроспиро- \ [3,4-дигидро-2(1Н)-хинолинон-т4,21(1,3]дмтмояаи] ы.' Л

, Основное содержание диссертации изложено в публикациях: .. ' j _ Anionic Spirooyclizatlori of 3-nitro-A - (2-hydroxyphenojry)-2H- ■■„ * "

l-benzopyran-2-oner Foiination. of. Stabilized Meiaeniheioier type ."..

Salte/ V.N.Droed, V.N.Knyazev, K.L.Ham, D.S.Tuflt, iu. T.Stru— . '

chkov, I.V.Stankevich, A.L.Chistyakov, V.P.Lezina, T.Ya.Mozba- ;

ev4, Y.L.SavelJev// Tetrahedron-^99^-Vol.48,WJ-p.469-480. ■

2, Interaction of 4-chloro-J-nltro-6R-2H-1-benzopyran-2-onss with 1,5-рхораде- a»l 1,^Tbutañédltbiols/ V^.Drozdi V,N,KnyaLz;ev, í N.L.Nam, D.S.Tufit¿ Yu.T.Struebkov, T.Tfa.Mozhaeva, V„íVLezina¿ • . V.L.SavelJev// Sulfur I«tters-i991-Vol.1JC4^-p.16^-1?0; .

3. Спироциклические комплексы Мейзенгеймера. XXX. Образование анионных спиро-б-комплексов в системе 3-нитро-4-(2-гидроксифе- ., нилтио)-6-R-2H-[ I] -бенз опиран-2-она и внутримолекулярная орто-:

. циклизация, сопровоищаемая перегруппировкой Смайлса/Т.Я.Можа-ева, В.П.Лезина, В.Л.Савельев, Н.Л.Наы, ri.Н.Князев, В.Н.Дрозд//

ЖОрХ. - 1992. - т.28, Вып.6. - С. 4. Внутримолекулярное нухлеофильное присоединение ТИОЛОВ ПО связи в 3-нхтрокумаринах/ В.Н.Дрозд, Н.Л.Нам, В.Н.Князев, Т.Я. Ыокаева, В.Л.Савельев/Дезисы доклада 18 Конференции по химии и технологии органических соединений серы. - Казань. - 1992, -4.2. - С.77.

Объем 17ь п л

Заказ 2 ¡44

Тираж 100

Типография Московской с ч академии им К А Тимирчзева 127550 Москва 11 Ти (ирпоевокаи ул 44