Синтез N-оксидов 1,3-диазапиренов

37/2004

Вестник Ставропольского государственного университета

1:1=1*1

Xumu4€cwu€ НАУКИ

СИНТЕЗ N-ОКСИДОВ 1,3-ДИАЗАПИРЕНОВ

О.П. Демидов, В.И. Гончаров, И.В. Боровлев

SYNTHESIS OF 1,3-DIAZAPYRENE-N-OXIDES

DemidovO.P., Goncharov V.I., Borovlev I.V.

For the first time N-oxides of 1,3-diazapyrenes have been synthesised. The method of 6,8- diphenyl-1,3-diazapyrene production has been optimised.

Впервые синтезированы N-оксиды 1,3-диазапиренов. Оптимизирован метод получения 6 8-дифенил-1,3-диазапирена.

УДК 547.856.7.07

Интерес к К-оксидам азотистых гете-роциклов обусловлен их относительной доступностью, а также высокой и чрезвычайно разнообразной реакционной способностью. В сочетании с возможностью последующего дезоксидирования это позволяет получать такие производные, которые невозможно синтезировать из исходных азинов или диа-зинов.

Цель настоящей работы - синтез К оксидов малоизученного класса 1,3-диазапиренов, основные методы получения которых были разработаны ранее в нашей лаборатории (1-3), а также изучение реакции их алкилирования.

Чтобы избежать образования смеси изомерных веществ, для синтеза К-оксидов использовались только симметричные 1,3-диазапирен (2) и его 6,8-дифе-нилпроизводное (3). Методика получения последнего из перимидина (1) и бензальаце-тофенона была модифицирована нами: применение вместо полифосфорной кислоты (ПФК) 100%-ной ортофосфорной кислоты позволило повысить выход целевого продукта до 51%:

2

„н

о

НРО4

2R = H, 3R = Ph

По-видимому, увеличение выхода 3 связано со снижением доли побочных про-

R

R

ш

«Синтез N-оксидов 1,3-диазапиренов»

цессов смолообразования, сопровождающих эту реакцию (1).

1,3-Диазапирен 2 был получен при взаимодействии перимидина с глицерином в среде ПФК при 180-190оС без окислителя (применение в качестве последнего м-нитробензолсульфоната натрия не сказывается на выходе). По сути, это взаимодействие перимидина с образующимся in situ акролеином. Заметим, однако, что использование акролеина вместо глицерина даже несколько снижает выход 2, возможно из-за летучести альдегида.

Мы предположили, что, будучи малоосновными, диазапирены 2 и 3 будут легко окисляться в стандартных условиях - действием пероксида водорода в ледяной уксусной кислоте. Действительно, реакция протекает уже при 80 оС с образованием соответствующих моно-К-оксидов 4 и 5:

О

н2о2

R'

СН3СООН

R

R

R

2,3

4: R = Н

Полученные соединения представляют собой ярко-оранжевые кристаллы с интенсивной желто-зеленой флюоресценцией в УФ свете. Продуктов ди-К-оксидирования в реакционной массе обнаружить не удалось.

Строение синтезированных соединений доказано с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса, масс-спектрометрии и элементного анализа. При переходе от оснований 2,3 к К-оксидам 4,5 спектры ЯМР 'Н становятся несимметричными; характерной особенностью спектров 4,5 является смещение сигналов протонов С2-Н в сильное поле и, напротив, слабополь-ный сдвиг протонов в положении 10 (~ на 0,5 м. д.). Последнее обстоятельство объясняется как увеличением акцепторных свойств атома азота, так и дезэкранирую-щим эффектом атома кислорода К-оксидной

функции. В целом спектры ЯМР 'Н К-оксидов свидетельствуют о заметной дело-кализации отрицательного заряда за счет гетероциклического фрагмента молекулы.

Масс-спектр соединения 4 свидетельствует об образовании устойчивого молекулярного иона 1,3-диазапирен-К-оксида, фрагментация которого начинается с отщепления кислорода, что соответствует ранее полученным данным для аналогичных соединений (4) (см. экспериментальную часть).

Известно, что алкилирование К-оксидов азотистых гетероциклов алкилгало-генидами протекает по атому кислорода с образованием соответствующих К-алкокси-катионов, представляющих самостоятельный синтетический интерес (5). Можно было предположить, что аналогичные производные будут получаться и в случае соединений 4,5. Однако несколько неожиданно мы обнаружили, что при обработке К-оксидов 4 и 5 йодистым метилом в ацето-нитриле единственными продуктами в обоих случаях оказались соответствующие основания 2,3:

г+-о

СН31

R' ^ R 4,5

R' ^ R 6

R "R

2,3

По-видимому, это результат внутримолекулярного диспропорционирования промежуточного продукта О-алкилирования 6 с отщеплением формальдегида.

Таким образом, легкость образования К-оксидов 1,3-диазапирена и легкость их дезоксидирования под действием йодистого метила может служить удобным приемом изменения региоселективности реакций этого гетероцикла с электрофильными реагентами.

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР 'Н записаны на приборе Вгикег [Р-200 с использованием тетраме-

CH3CN

37/2004 ЯШ

Вестник Ставропольского государственного университета

тилсилана в качестве внутреннего стандарта, соотнесение сигналов производилось с помощью метода двойного резонанса. Масс спектры получены на приборе МХ-1321А (70 эВ, ЭУ).

Исходные соединения были синтезированы по приведенным ниже методикам: ПФК (6), перимидин (7).

1,3-Диазапирен (2). К смеси 0.34 г (2 ммоль) перимидина и 5 г ПФК, нагретой до 190оС, прибавляют по каплям при перемешивании в течение 15-20 мин. 2 г (22 ммоль) глицерина, предварительно высушенного нагреванием до 170оС. Через 1.5 часа смесь охлаждают до 70оС и выливают в 75 г измельченного льда. Затем подщелачивают раствором аммиака до рН ~ 8 и экстрагируют этилацетатом (3x70 мл). Упаренный до 30 мл раствор хроматографируют через небольшой слой силикагеля, вымывая продукт этилацетатом. После упаривания растворителя получают 0.12 г (29%) 1,3-диазапирена. Бледно-желтые кристаллы с т. пл. 178-180оС (из октана).

6,8-Дифенил-1,3-диазапирен (3). Смесь 0.34 г (2 ммоль) перимидина, 0.5 г (2.4 ммоль) бензальацетофенона и 5 г 100%-ной ортофосфорной кислоты перемешивают 3 ч в при 70-75 оС. Реакционную смесь выливают тонкой струйкой в 100 мл воды при интенсивном перемешивании. После подще-лачивания водным аммиаком до рН ~8 осадок отделяют фильтрованием, промывают водой, сушат.

Продукт затем экстрагируют бензолом (10-15 мл) и переносят в хроматографиче-скую колонку с силикагелем, где сначала элюируют бензолом первую фракцию, затем этилацетатом вторую. Из второй фракции после отгонки растворителя получают 0.37 г (51%) 6,8-дифенил-1,3-диазапирена (3). Бледно-желтые кристаллы с т. пл. 175-176оС (из бензола с петролейным эфиром). = 0.53 (этилацетат, силу фол).

$-Оксид 1,3-диазапирена (4). В раствор 0.204 г (1 ммоль) 1,3-диазапирена в 20 мл ледяной уксусной кислоты прибавляют 0.22 г (2 ммоль) 30%-ного раствора Н202. Смесь выдерживают при 80оС в течение 3 часов, выливают в 30 мл холодной воды и

при охлаждении нейтрализуют 40% раствором Ка0Н до рН ~ 8. Образовавшийся осадок К-оксида 1,3-диазапирена отфильтровывают, промывают водой, сушат. Выход 0.16 г (73%). Желто-зеленые кристаллы с т. пл. 262-263оС (из бензола).

Найдено,%: С 76.45; Н 4.00; К 12.86. С1<Н8К20. Вычислено,0/«: С 76.35; Н 3.66; К 12.72.

Спектр ЯМР 1Н (СРСЬ), 5, м.д., Жц: 8.20 (2Н, м, 4-Н и 7-Н); 8.42 (3Н, м, 5-Н, 6-Н, 8-Н); 8.55 (1Н, д, /9-10=9.4, 9-Н); 8.76 (1Н, д, /10-9=9.4, 10-Н); 8.62 (1Н, с, 2-Н).

Масс-спектр, т/г (1,%): 220 (М=, 100); 204 (М-16, 32); 192 (20); 164 (38), 95 (28); 81 (38).

$-Оксид 6,8-дифенил-1,3-диазапи-рена (5). В раствор 0.36 г (1 ммоль) 6,8-дифенил-1,3-диазапирена в 25 мл ледяной уксусной кислоты прибавляют 0.22 г (2 ммоль) 30%-ного раствора Н202. Смесь выдерживают при 80оС в течение 3 часов, добавляют еще 0.11 г (1 ммоль) 30%-ного раствора Н202 и выдерживают при той же температуре еще 2 часа. Реакционную массу выливают в 50 мл холодной воды и при охлаждении нейтрализуют 40% раствором КаОН до рН ~ 8. Образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают водой, сушат. Выход К-оксида 6,8-дифенил-1,3-диаза-пирена 0.34 г (91%). Желто-зеленые кристаллы с т. пл. 210-212 оС (из бензола).

Найдено,%: С 83.64; Н 4.50; К 7.63. С26Н16К20. Вычислено,%: С 83.85; Н 4.33; К 7.52.

Спектр ЯМР 1Н (СРСЬ), 5, м.д., .//Гц: 7.55 (6Н, м, м- и п-Н С6Н5); 7.65 (4Н, м, о-Н С6Н5); 8.14 (1Н, д, /4_5=9.4, 4-Н); 8.19 (1Н, с, 7-Н); 8.52 (1Н, д, /5-4=9.4, 5-Н); 8.69 (1Н, д, /9-10=9.4, 9-Н); 8.72 (1Н, д, /10-9=9.4, 10-Н); 9.62 (1Н, с, 2-Н).

Взаимодействие $-оксидов с йодистым метилом. К раствору 1 ммоль соответствующего К-оксида 4 или 5 в 10 мл аце-тонитрила прикапывают 1,5 ммоль йодистого метила и кипятят в течение 2 часов. Раствор упаривают до 3 мл и переносят в колонку с силикагелем. Элюируют бензолом первую бесцветную фракцию. Элюат упаривают. Выход 1,3-диазапирена - 80%, 6,8-

ш

«Синтез N-оксидов 1,3-диазапиренов»

дифенил-1,3-диазапирена - 85%. Пробы смешения образцов соответствующих 1,3-диазапиренов, полученных разными способами, не дают депрессии температуры плавления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Боровлев И. В., Демидов О.П., Пожарский А. Ф. Гетероциклические аналоги плейадиена. 69. Синтез 1,3-диазапиренов // Химия гетероциклических соединений. — 2002. — № 8. — С. 1109.

2. Боровлев И.В., Демидов О.П., Пожарский А.Ф. Синтез 6-гидрокси-1,3-диазапиренов // Изв. АН. Сер. Хим. — 2002. — №s5.— С. 794.

3. Боровлев И.В., Демидов О.П., Чернышев А.В., Пожарский А.Ф. Синтез и гидроксилирова-ние солей 1-алкил-1,3-диазапирения // Изв. АН. Сер. Хим. — 2002. —№1. — С. 132.

4. Mugnier Y., Laviron Е. Synthese de derives de la benzo(c)cinnoline, du diaza-4,9 pyrene et d'un nouvel heterocycle, le diaza-4,5 pyrene. // Bull.Soc. Chim. Fr. 1-2. -1978. -Pt. 2.—P. 39.

5. Синтезы гетероциклических соединений. — Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1966. — Выпуск 7. — С. 68.

6. Uhlig F. Polyphosphoric acid, cyclization agent in preparative organic chemistry // Ang. Chem. —1954. —Vol. 66. —P. 435.

7. Пожарский А.Ф., Анисимова В.А., Цупак Е.Б. Практические работы по химии гетероцик-лов. — Ростов-на-Дону: изд-во РГУ. — 1988. — С. 87.

Об авторах

Демидов Олег Петрович, доцент кафедры химии гетероциклических соединений Ставропольского государственного университета, кандидат химических наук. Область научных интересов -химия перимидинов, полиазапиренов. Автор 15 научных работ.

Гончаров Владимир Ильич, заведующий кафедрой общей и биоорганической химии Ставропольской государственной медицинской академии, доцент, кандидат химических наук. Область научных интересов - синтез веществ, имеющих важное биологическое значение. Автор 103 научных работ.

Боровлев Иван Васильевич, заведующий кафедрой химии гетероциклических соединений Ставропольского государственного университета, доцент, доктор химических наук. Соросов-ский доцент 2001 г. Область научных интересов - химия азотсодержащих гетероциклических соединений. Автор 91 научной работы.