Изучение реакции циклоприсоединения алкилазидов к эпоксиенонам

ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

УДК 547.722

С. Г. Михалёнок, кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой (БГТУ);

Н. Б. Асадчий, студент

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ ЦИКЛОПРИСОЕДИНЕНИЯ АЛКИЛАЗИДОВ К ЭПОКСИЕНОНАМ

Изучены реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения 3-арил-1-(2-метилоксиранил)проп-

2-ен-1-онов с бензил- и бутилазидами. Показано, что данное взаимодействие при нагревании региоселективно приводит к образованию нестабильного эпоксиалканоилтриазолина, который далее превращается в смесь, состоящую из (,2)-3-арил-3-(бензил(бутил)амино)-1-(2-метилокси-ран-2-ил)проп-2-ен-1 -онов, (5-арил-1 -бензил(бутил)-Ш-1,2,3-триазол-4-ил)(2-метилоксиран-2-

ил)метанонов и 1-(5-арил-1-бензил(бутил)-Ш-1,2,3-триазол-4-ил)-3-гидрокси-2-метилпропан-1 -онов. Обсуждается механизм термической перегруппировки эпоксиалканоилтриазолина в ена-минокетоны и эпокси- и Р-гидроксиалканоилтриазолы.

1,3-Dipolar cycloaddition reactions of 3-aryl-1-(2-methyloxyranyl)prop-2-en-1-one with benzyl-and butyl azides have been investigated. It is established that this interaction under heating results re-gioselectively to unstable epoxyalkanoyltriazoline which transform into the mixture consisting of (Z)-3-aryl-3-(benzylamino)-1-(2-methyloxiran-2-yl)prop-2-en-1-ones, (5-aryl-1-benzyl(butyl)-1№1,2,3-tria-zol-4-yl)(2-methyloxiran-2-yl)methanones and 1 -(5-aryl-1 -benzyl(butyl)-1№1,2,3-triazol-4-yl)-3 -hyd-roxy-2-methylpropan-1-ones. The mechanism of the thermal rearrangement of epoxyalkanoyltriazoline to enaminoketones and epoxy- and P-hydroxyalkanoyltriazoles is investigated and discussed.

Введение. Реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения, в том числе с применением органических азидов, широко используют для синтеза пятичленных гетероциклических соединений, которые проявляют различные виды биологической активности и их очень сложно получить другими методами из-за наличия лабильных фармакофорных заместителей [1-3]. а,в-Ненасыщенные эпоксикетоны являются удобными синтонами для синтеза различных функционализированных призвод-ных азолов, в том числе аналогов природного алкалоида витасомнина [4]. Известно, что циклоприсоединение фенилазида к эпоксие-нонам может приводить в зависимости от условий осуществления реакции к енаминокето-нам, эпоксиалканоилтриазолам и малодоступным в-гидроксиалканоилтриазолам [5]. При этом последние образуются только в определенных условиях и при протекании реакции в течение нескольких лет.

Основная часть. С целью апробирования подхода к синтезу оксиранил-в-енаминокето-нов и эпокси(гидрокси)алканоилзамещенных производных триазола, производные которых способны проявлять различные виды биологи-

ческой активности, была изучена реакция кросс-сопряженных эпоксиенонов 1-3 с бензи-лазидом 4 и н-бутилазидом 5 (схема 1). Установлено, что продуктами данного взаимодействия являются (.2)-3-арил-3-(бензил(бутил)ами-но)-1-(2-метилоксиран-2-ил)проп-2-ен-1 -оны 6-9, (5-арил-1-бензил(бутил)-1Я-1,2,3-триазол-4-ил) (2-метилоксиран-2-ил)метаноны 10-13 и 1-(5-арил-1 -бензил(бутил)- 1#-1,2,3-триазол-4-ил)-

3-гидрокси-2-метилпропан-1-оны 14-17 в соотношении примерно 8 : 1 : 2.

Строение синтезированных соединений 69 установлено на основании данных ИК- и 'Н ЯМР-спектроскопии. Так, в ИК-спектрах этих продуктов исчезновение характерной полосы поглощения карбонильной группы при 1680 см-1, имеющейся в спектре эпоксиенонов 1-3, и появление полосы валентных колебаний связи К-Н при —3172 см-1, а также группы полос при —1611, 1606, 1592, 1560 см-1 свидетельствуют об образовании сопряженного енаминокетона. В спектрах :Н ЯМР соединений 6-9 (рис. 1) присутствуют сигналы протона КН группы при —11,3 м. д., что говорит о цис-5-цис-конфигурации фрагмента 0=С-С=С-КН.

О.

Ме

О.

Ме

О

1-3 © +© Ц=Ц—Ц-

-я

я

Аг О.

Ме Ц^ N

,я

/°с —

О

я я

6-9

Аг

4 Я = Вп

5 Я = Ви

1, 6, 10, 14: Я = Вп, Аг = РЬ;

2, 7, 11, 15: Я = Вп, Аг = С6Н4-С1-4;

3, 8, 12, 16: Я1 = Н, Я2 = Ме, Я3 = Вп, Аг = С6Н4-Ме-4;

9, 13, 17: Я = Ви, Аг = РЬ.

Схема 1

ОН

Ме Ц* Ц"

О

10-13

,Я

Аг

О

14-17

Наличие сигналов остальных протонов также согласуется с предложенной структурой соединений. Синглет при —5,33 м. д. соответствует винильному протону, дублет при —4,36 м. д. относится к метиленовым протоном бензиль-ной группы (для продуктов с бензилазидом). Два дублета при —2,80 и —2,88 м. д. и синглет при —1,57 м. д. свидетельствуют о наличии 2-метилоксиранильного фрагмента. Сигналы в области 7,17-7,53 м. д. соответствуют протонам ароматичеких групп. Для бутилзамещенного аналога 9 также проявляются все сигналы, соответствующие н-бутильной группе.

Эпоксиалканоилтриазолы 10-13 в спектрах 'Н ЯМР проявляются довольно слабопольным сигналом протонов метильной группы при —1,74 м. д., двумя дублетами, характерными для протонов эпоксидного кольца (—2,97 и —3,54 м. д.), синглетным сигналом при —5,41 м. д.,

принадлежащим двум бензильным протонам (для триазолов 10-13), а также сигналами, относящимися к ароматическим протонам. Кроме этого, для соединения 13 наблюдаются сигналы н-бутильной группы.

В спектра 'Н ЯМР триазолов 14-17 (рис. 2) присутствует дублет в сильном поле (1,28 м. д.), характерный для метильной группы в 3-гидрок-си-2-метилпропаноильном фрагменте.

К этому фрагменту также относятся мульти-плетный сигнал метинового протона в области —3,94-4,03 м. д. и мультиплеты диастереотопных метиленовых протонов при —3,72-3,89 м. д. Наличие этих сигналов, а также отсутствие сигналов вицинальных протонов триазолинового цикла однозначно свидетельствует о реализации окислительно-восстановительной перегруппировки. Синг-лет при —4,69 м. д. соответствует бензильным протонам, присутствующим в соединениях 14—16.

Рис. 1. 1Н ЯМР-спектр (2)-3-(бензиламино)-1-(2-метилоксиран-2-ил)-3-фенилпроп-2-ен-1-она 6

Рис. 2. 1Н ЯМР-спектр 1-(1-бензил-5-фенил-1Я-1,2,3-триазол-4-ил)-3-гидрокси-2-метилпропан-1-она 14

В спектрах также присутствуют сигналы всех ароматических протонов. Для бутилза-мещенного аналога 17 наблюдаются сигналы н-бутильной группы.

Соединения 6-9 образуются в результате последовательных перегруппировок промежуточных интермедиатов А в а-диазо-в-ами-ноэпоксикетоны В, которые посредством элиминирования молекулы азота претерпе-

вают превращение в конечные енамины 6-9, находящиеся в более стабильной цис-s-цис-форме за счет возможной внутримолекулярной водородной связи (схема 2). Формирование эпоксиалканоилтриазолов 10-13 в процессе проведения реакции можно объяснить окислением кислородом воздуха триазолиновых интермедиатов А до стабильных ароматических триазолов.

К© Р Ме 4 ©О | \\

Аг

ОН

Б

Схема 2

Образование продуктов 14-17 объясняется также исходя из тех же общих интермедиатов А - эпоксиалканоилтриазолинов, которые тау-томеризуются в соответствующие енолы С с последующим разрывом а-С-О связи эпоксидного цикла и формированием 4Н-триа-зольного кольца. В результате последующей стабилизации образуется ароматический 1Н-триазольный цикл с ß-гидроксиалканоильным заместителем. Результатом этой внутримолекулярной реакции являются ароматизация азольного цикла и восстановительное раскрытие оксиранового кольца аналогично описанному ранее механизму в случае 5-ацил(алкок-сикарбонил)-3-(2,3-эпоксиалканоил)-4,5-дигидро-1Н-пиразолов [6, 7].

Экспериментальная часть. Использованные в работе химические реактивы имели квалификацию «ч», «чда», «хч». Подготовка и очистка растворителей осуществлялись по традиционным методикам [8]. Спектры 1Н ЯМР растворов веществ в СБС13 получены на спектрометре «Bruker Avance-400» (400 МГц), внутренний эталон - тетраметилсилан (ТМС). ИК-спектры получены на спектрофотометре FT-IR (ИК-Фурье-спектрометр фирмы Thermo Nicolet, США) в таблетках KBr. Контроль за ходом реакции и индивидуальностью полученных соединений осуществляли методом ТСХ на пластинках «Kiselgel 60 F254». Индивидуальные вещества выделяли методом колоночной хроматографии на силикагеле «Silicagel L 40/100». Исходные ненасыщенный эпоксикетон - 5-фе-нил-2-метил-1,2-эпоксипент-4-ен-3-оны 1-3, бен-зилазид 4 и н-бутилазид 5 получены по известным методикам [9-11].

Синтез (^)-3-арил-3-(бензил(бутил)амино)-

1-(2-метилоксиран-2-ил)проп-2-ен-1-онов 6-9, (5-арил-1-бензил(бутил)-Ш-1,2,3-триазол-4-ил)(2-метилоксиран-2-ил)метанонов 10-13

и 1-(5-арил-1-бензил(бутил)-Ш-1,2,3-триазол-

4-ил)-3-гидрокси-2-метилпропан-1-онов 14—17.

В круглодонной колбе растворяют в 10 мл бензола 5,3 ммоль соответствующего а^-не-насыщенного эпоксикетона 1-3 и прикапывают 5,9 ммоль бензилазида 4 или н-бутилазида 5. Полученную смесь кипятят с обратным холодильником в течение 8 ч. Растворитель упаривают при пониженном давлении и добавляют еще 6,1 ммоль азида в 10 мл 1,4-диоксана. Полученный раствор нагревают с обратным холодильником еще в течение 10 ч до полного исчезновения исходного эпоксиенона, наличие которого контролируют с помощью ТСХ. Растворитель и избыток азида удаляют при температуре 90°С и пониженном давлении. Реакционную смесь хроматографируют на силикагеле (элюент - смесь петролейный эфир :

этилацетат (4 : 1)) и выделяют маслообразные соединения 6-17.

(^)-3-(Бензиламино)-1-(2-метилоксиран-2-ил)-3-фенилпроп-2-ен-1-он 6. Выход 68%. 'И ЯМР спектр (СБСЬ, 8): 1,57 (3Н, с., СНз), 2,80 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 2,88 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 4,36 (2Н, д., J = 6,4 Гц, СИ2РЬ), 5,33 (1И, с., СН=С), 7,53-7,17 (10И, м., 2С6Н5), 11,26 (1Н, уш. с., кН).

(^)-3-(Бензиламино)-1-(2-метилоксиран-2-ил)-3-(4-хлорфенил)проп-2-ен-1-он 7. Выход 61%. 1И ЯМР спектр (СБСІ3, 8): 1,56 (3И, с., СН3), 2,81 (1И, д., J = 5,6 Гц, эп.), 2,88 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 4,36 (2Н, д., J = 6,4 Гц, СН2РЬ), 5,33 (1Н, с., СИ=С), 7,58-7,15 (9Н, м., С6Н5, С6Н4-СІ-4), 11,25 (1Н, уш. с., КН).

(^)-3-(Бензиламино)-1-(2-метилоксиран-

2-ил)-3-(4-метилфенил)проп-2-ен-1-он 8. Выход 60%. 1И ЯМР спектр (СБСІ3, 8): 1,57 (3Н, с., СИ3), 2,34 (3Н, с., АГ-СН3), 2,81 (1И, д., J = = 5,6 Гц, эп.), 2,86 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 4,35 (2И, д., J = 6,4 Гц, СН2РЬ), 5,33 (1И, с., СН=С), 7,58-7,10 (9И, м., С6Н5, С6Н4-Ме-4), 11,20 (1Н, уш. с., КН).

(^)-3-(Бутиламино)-1-(2-метилоксиран-2-ил)-3-фенилпроп-2-ен-1-он 9. Выход 65%. :Н ЯМР спектр (СБСІ3, 8): 0,86 (3Н, т., J = 7,2 Гц, СН3СН2), 1,33 (2Н, секстет, J = 7,2 Гц, СН3СН2), 1,51 (2Н, м., СН2СН2СН2), 1,57 (3Н, с., СН3), 2,80 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 2,87 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 3,17 (2Н, кв., J = 6,7 Гц, СН2КН), 5,25 (1Н, с., СН=С), 7,30-7,35 (2Н, м., Н мета-С6Н5), 7,40-7,45 (3Н, м., орто, пара-С6Н5), 11,00 (1Н, уш. с., КН).

(1-Бензил-5-фенил-1Д-1,2,3-триазол-4-ил) (2-метилоксиран-2-ил)метанон 10. Выход 7%. 1Н ЯМР спектр (СБСІ3, 8): 1,74 (3Н, с., СН3), 2,97 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 3,54 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 5,41 (2Н, с., С^Рк), 7,00-7,52 (10Н, м., 2С6Н5).

(1-Бензил-5-(4-хлорфенил)-1#-1,2,3-три-азол-4-ил)(2-метилоксиран-2-ил)метанон 11. Выход 6%.1Н ЯМР спектр (СБСІ3, 8): 1,76 (3Н, с., СН3), 2,96 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 3,52 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 5,39 (2Н, с., СН2РЮ, 7,587,02 (9Н, м., С6Н5, С6Н4-СІ-4).

(1-Бензил-5-(4-метилфенил)-1#-1,2,3-три-азол-4-ил)(2-метилоксиран-2-ил)метанон 12. Выход 5%.1Н ЯМР спектр (СБСІ3, 8): 1,76 (3Н, с., СН3), 2,32 (3Н, с., АГ-СН3), 2,96 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 3,52 (1Н, д., J = 5,6 Гц, эп.), 5,39 (2Н, с., С^РЬ), 7,55-7,05 (9Н, м., С6Н5, С6Н4-Ме-4).

(1-Бутил-5-фенил-1#-1,2,3-триазол-4-ил) (2-метилоксиран-2-ил)метанон 13. Выход 7%. 1Н ЯМР спектр (СБСІ3, 8): 0,84 (3Н, т., J = 7,4 Гц, СН3СН2), 1,25 (2Н, секстет, J = 7,4 Гц, СН3СН2), 1,75 (3Н, с., СН3), 1,78 (2Н, м., СН2СН2СН2), 2,99 (1Н, д., J = 5,4 Гц, эп.), 3,52

(1Н, д., 3 = 5,4 Гц, эп.), 4,23 (2Н, т., 3 = 7,4 Гц, СН2Ц), 7,31-7,37 (2Н, м., Н метаСН), 7,507,55 (3Н, м., орто, пара-С6Н5).

1-(1-Бензил-5-фенил-1#-1,2,3-триазол-4-ил)-3-гидрокси-2-метилпропан-1-он 14. Выход 17%. 'Н ЯМР спектр (СБС13, 8): 1,28 (3Н, д., 3 = 7,2 Гц, СН3), 3,72-3,89 (2Н, м., СН2ОН), 3,94-4,03 (1Н, м., СНМе), 5,42 (2Н, с., СН2РЬ), 7,00-7,54 (10Н, м., 2С6Н5).

1-(1-Бензил-5-(4-хлорфенил)-1#-1,2,3-три-азол-4-ил)-3-гидрокси-2-метилпропан-1-он 15. Выход 15%. :Н ЯМР спектр (СБС^, 8): 1,29 (3Н, д., 3 = 7,2 Гц, СН3), 3,73-3,90 (2Н, м., СН2ОН), 3,94-4,02 (1Н, м., СНМе), 5,42 (2Н, с., СН2РЬ), 7,00-7,60 (9Н, м., С6Н5, С6Н4-СМ).

1-(1-Бензил-5-(4-метилфенил)-1#-1,2,3-триазол-4-ил)-3-гидрокси-2-метилпропан-1-он 16. Выход 11%. :Н ЯМР спектр (СбС13, 8):

1.27 (3Н, д., 3 = 7,2 Гц, СН3), 2,35 (3Н, с., АГ-СН3), 3,70-3,90 (2Н, м., СН2ОН), 3,91-4,05 (1Н, м., СНМе), 5,42 (2Н, с., СН2РЬ), 7,00-7,55 (9Н, м., с6Н5, с6Н4-Ме-4).

1-(1-Бутил-5-фенил-1#-1,2,3-триазол-4-ил)-

3-гидрокси-2-метилпропан-1-он 17. Выход 12%. :Н ЯМР спектр (СБС13, 8): 0,84 (3Н, т., 3 = 7,4 Гц, СН3СН2), 1,25 (2Н, секстет, 3 = 7,4 Гц, СН3СН2),

1.28 (3Н, д., 3 = 7,2 Гц, СН3СН), 1,78 (2Н, квинтет, 3 = 7,4 Гц, СН2СН2СН2), 3,72-3,92 (3Н, м., СН2ОН), 3,98 (1Н, м., СНСН3), 4,23 (2Н, т., 3 = 7,4 Гц, СН2Ц), 7,32-7,41 (2Н, м., Н мета-С6Н5), 7,50-7,59 (3Н, м., орто, пара-С6Н5).

Заключение. Таким образом, в результате проведенных исследований было показано, что реакции циклоприсоединения бензилазида 4 и н-бутилазида 5 к эпоксиенонам 1-3 приводят к смеси из трех веществ, одним из которых является продукт внутримолекулярной окислительно-восстановительной перегруппировки первоначально образующегося эпоксиалкано-илтриазолина. Данный факт свидетельствует о благоприятном влиянии алкильного заместителя при атоме азота на протекание данной перегруппировки, что, по-видимому, связано с увеличением электронодонорных свойств данного атома азота и возможностью в следствии этого инициировать окислительно-восстановительный процесс за счет своей неподеленной пары электронов. Изученная реакция может служить удобным методом синтеза функционально замещенных енаминокетонов и триазо-лов. В продолжение данной работы планируется изучить влияние степени замещения эпоксидного цикла в реакциях циклоприсоединения алкилазидов к эпоксиенонам.

Литература

1. Kharb, R. Pharmacological significance of triazole scaffold / R. Kharb, P. C. Sharma, M. S. Yar // J. Enzyme Inhib. Med. Chem. - 2011. - Vol. 26, No. 1. - P. 1-21.

2. Pibiri, I. A Recent Portrait of Bioactive Tri-azoles / I. Pibiri, S. Buscemi // Current Bioactive Compounds. - 2010. - Vol. 6, No. 4. - P. 208-242.

3. Suksiriworapong, J. Synthesis and characterization of bioactive molecules grafted on poly(e-caprolactone) by “click” chemistry / J. Suksiri-worapong, K. Sripha, V. B. Junyaprasert // Polymer. - 2010. - Vol. 51, No. 11. - P. 2286-2295.

4. Mikhalenok, S. G. Alkaloids of the pyr-rolo[1,2-b]pyrazole series: Synthesis of withasom-nine and its analogs / S. G. Mikhalenok, N. M. Kuz'-menok, A. M. Zvonok // Selected methods for synthesis and modification of heterocycles / ed. by V. G. Kartsev. - Moscow: IBS Press, 2002. -Vol. 1. - P. 312-333.

5. Звонок, А. М. Реакция ß-арилакрилоило-ксиранов с фенилазидом. Синтез и химические превращения ß-фениламиноарилакоилоилоксира-нов / А. М. Звонок, Н. М. Кузьменок, Л. С. Ста-нишевский // ХГС. - 1988. - № 8. - С. 1022-1027.

6. Михаленок, С. Г. Редокс-трансформация аддуктов циклоприсоединения диазоуксусного эфира к а^-арилакрилоилоксиранам / С. Г. Ми-халенок, Н. М. Кузьменок, А. М. Звонок // ХГС. - 2005. - № 8. - С. 1150-1160.

7. Михаленок, С. Г. Внутримолекулярная перегруппировка 4-арил-3(5)-ацетил-5(3)-(2-метил-

2,3-эпоксиалканоил)-2-пиразолинов / С. Г. Миха-ленок, Н. М. Кузьменок, А. М. Звонок // Труды БГТУ. Сер. IV, Химия и технология орган. в-в. -2003. - Вып. XI. - С. 6-11.

8. Perrin, D. D. Purification of laboratory chemicals / D. D. Perrin, W. L. F. Armarego, D. R. Perrin. - Oxford: Perg. Press, 1986. - 568 p.

9. Станишевский, Л. С. Синтез моноэпоксидов арилалифатических дивинилкетонов на основе 2-метил-1,2-эпоксибутанона-3 / Л. С. Ста-нишевский, И. Г. Тищенко, А. Я. Гузиков // Журнал орган. химии. - 1970. - Т. 6, № 8. -С. 1565-1568.

10. Curtius, T. Der Zerfall des Benzylazids in indifferenten Medien und in Malonester / T. Curtius, G. Ehrhart // Berichte deutsch. chem. Ges. -1922. - Bd. 55, No. 6. - S. 1559-1571.

11. Boyer, J. H. The acid-catalyzed reaction of alkyl azides upon carbonyl compounds / J. H. Boyer, J. Hamer // J. Am. Chem. Soc. - 1955. - Vol. 77, No. 4. - P. 951-954.

Поступила 25.02.2011