3-(1, 3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-он в реакциях с карбамидами

Заключение

В ходе проведенной работы показана селективность катализатора по ароматическим углеводородам и изоалканам. Наилучшие данные были получены при температуре 350°С. Полученный катализат соответствует стандарту Евро-5 по содержанию бензола и олефинов в топливе. Установлено, что максимальный выход жидких углеводородов достигается при объемной скорости потока 2 ч-1.

Список литературы

1. Третьяков В. Ф. Биоэтанол - стратегия развития топливного и нефтехимического комплекса // Хим. техника. 2008. № 1. С. 8-12.

2. Van Haveren J., Scott E. L., Sanders J. Bulk chemicals from biomass // Biofuels, Bioprod. Bioref. 2008. Vol. 2. P. 41-57.

3. Третьяков В. Ф., Чан Тхи Куинь Ньы и др. Каталитическая конверсия биоэтанола в ароматические углеводороды в присутствии перекиси водорода // Вестн. МИТХТ. 2013. Т. 8, № 6. С. 37-41.

4. Schulz J., Bandermann F. Conversion of еthanol over zeolite H-ZSM-5 // Chem. Eng. Technol. 1994. Vol. 17. P. 179-186.

УДК 547.814.1

Впервые изучены реакции 3-ацетоацетил-2Н-хромен-2-она с карбамидами в термическом и микроволновом варианте. Получены нового типа гетеросистемы дигидрооксазинилхромено-нового, дигидрохроменопиримидинон(тион)ового рядов. Обнаружена возможность димеризации посредством простой эфирной связи пиранохроменового и хроменотетрагидропиридино-вого фрагментов. Предложены вероятные схемы превращений. Ключевые слова: 2Н-хромен-2-он, карбамиды, дигидроокса-зинилхроменон, дигидрохроменопиримидинон(тион).

3-(1, 3-dioxobutan-1 -il)-2H-chromen-2-one in Reactions with Ureas

I. V. Strashilina, O. A. Mazhukina, O. V. Fedotova, S. M. R. Al Mansoori

First studied the reaction of 3-acetoacethil-2H-chromen-2-one with ureas in thermal- and microwave-assisted embodiment. A new type of dihydrooxazinylchromenone and dihydrochromenpyri-

5. Aguayo A. T., Gayubo A. G., Tarro A. M., Atutxa A., Bilbao J. Study of operating variables in the transformation of aqueous ethanol into hydrocarbons on an HZSM-5 zeolite // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2002. Vol. 77. P. 211-216.

6. Третьяков В. Ф., Макарфи Ю. И., Талышинский Р. М. Каталитические превращения биоэтанола. Обзор // Вестн. МИТХТ. 2010. Т. 5, № 4. С. 5-22.

7. Karthikeyan K. R., Yong W. Ethanol conversion to hydrocarbons on HZSM-5: Effect of reaction conditions and Si/Al ratio on the product distributions // Catalysis Today. 2014. Vol. 1. P. 203-217.

8. Третьяков В. Ф., Лермонтов А. С., Макарфи Ю. И., ЯкимоваМ. С., Французова Н. А., Коваль Л. М., Ерофеев В. И. Синтез моторных топлив из биоэтанола // Химия и технология топлив и масел. 2008. Т. 44, № 6. С. 30-34.

9. Третьяков В. Ф., Макарфи Ю. И., Талышинский Р. М. Каталитические превращения биоэтанола // Вестн. МИТХТ. 2010. Т. 5, № 4. С. 77-86.

10. Третьяков В. Ф., Масютина Т. Н., Лермонтов А. С., Бурдейная Т. Н. Биоэтанол-сырье для получения компонентов моторных топлив и нефтехимических продуктов // Катализ в промышленности. 2006. Т. 2, № 4. С. 12-17.

midinon(thione) heterosystems were obtained. The possibility of dimerization through the ether linkage between pyranochromene and chromentetrahydropyridine fragments was found. Probable transformations schemes were suggested. Key words: 2H-chromen-2-one, ureas, dihydrooxazinylchrome-none dihydrochro-menpyrimidinon(thione).

Замещенные 2Н-пиран-2-оны и их бензан-нелированные аналоги обладают широким спектром физиологической активности [1-5], что привлекает внимание к изучению их свойств. Полиоксосоединения бензопиран-2-онового (хромен-2-онового) ряда также являются ценными субстратами с высоким химическим потенциалом в органическом синтезе, обусловленным наличием карбонильных групп различного характера (ке-тонной и лактонной), гетероциклической системы,

3-(1, 3-ДИОКСОБУТАН-1 -ИЛ)-2Н-ХРОМЕН-2-ОН В РЕАКЦИЯХ С КАРБАМИДАМИ

И. В. Страшилина, О. А. Мажукина, О. В. Федотова, С. М. Р. Аль Мансури

Саратовский государственный университет E-mail: chem_dreamer@mail.ru

потенциально способной к рециклизации, активного метиленового звена и множеством электро-фильных центров. Это позволяет использовать их в синтезе 0-, К-содержащих практически важных, в том числе и для современной медицины, гетероциклических соединений и определяет прикладную значимость исследований в данной области.

Использование микроволнового излучения позволяет сократить время проведения превращений и повысить выходы целевых продуктов; сокращение числа стадий приводит к уменьшению использования растворителей, что согласуется с одной из концепций «зеленой химии» и, таким образом, способствует все большему его внедрению в технологии органического синтеза.

ОН

Н3С

// С

О

О О

1

О

Введение 3-замещенных 2Н-хромен-2-онов в реакции с карбамидами представлялось перспективным, учитывая амбидентность последних и многоцентровость субстратов в реакциях нуклеофильного замещения. Такие превращения могли приводить к получению новых азот- и кислородсодержащих гетеросистем, изоструктур-ных природным, открывая широкие перспективы для их использования в качестве биологически активных веществ.

Синтез исходных веществ осуществлялся по известной методике [6]. Так, 3-(1, 3-диоксобутан-

1-ил)-2Н-хромен-2-он (3) был получен в результате конденсации 4-гидрокси-6-метил-2Н-пиран-

2-она (1) и салицилового альдегида (2):

О

НзС^

Н3С ^О ОНО

О

ОН

Н3СЛ ! ОН О

3

3а

Н3СЛ ^О-

О О

3Ь

Строение полученного полиоксосоединения (3) подтвержено данными ИК, ЯМР 1Н и 13С спектроскопии. В ИК спектре 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она (3) присутствуют полосы поглощения сопряжённых: лактонного карбонила (1728 см-1) и карбонильной кетонной функции (1680 см-1). Одна из карбонильных групп ацето-ацетильного заместителя находится в енольной форме, что согласуется с наличием полосы поглощения VQН в области 3500-3200 см-1. Сигналы валентных колебаний связей С-Н С^-группы проявляются при 2999 и 2854 см-1, а деформационных колебаний при - 1446 и 1362 см-1.

В ЯМР1Н спектре соединения (3) (рис. 1, 2) отмечены: синглет енольного гидроксила при 15.96 м.д., синглеты винильных протонов при 6.85 м.д. и 8.76 м.д., синглет метильных протонов при 2.20 м. д. Мультиплет ароматических протонов проявляется в области 7.35-7.96 м.д. [7]. При регистрации ЯМР1Н спектра соединения 3 в ДМСО-^6 кроме вышеперечисленных сигналов появляется синглет метиленовых протонов при 4.13 м. д., что свидетельствует о таутомерном равновесии между кетонной и енольными формами (3а, 3Ь) для соединения (3). Таким образом,

субстрат (3) и в твердом состоянии и в растворе СБС13 существует в одной из енольных форм (3а, 3Ь), тогда как в ДМСО-отмечено существование обеих таутомерных форм.

В ЯМР 13С спектре соединения (3), полученном в СБС^, наблюдаются сигналы, отвечающие резонансу ядер метильной группы при 27.54 м.д., трех 8р2-гибридных атомов углерода винильных фрагментов при 76.75-77.39 м.д., атомов углерода ароматической системы в интервале 116.56-133.97 м.д. Атом углерода лак-тонной карбонильной группы проявляется при 158.01 м. д., карбонильной функции отвечает сигнал при 171.98 м.д. Атому углерода, связанному с енольной гидроксильной группой, отвечает сигнал при 159.56 м.д.

Ранее было установлено, что 3-замещенные хромен-2-оны в условиях термического воздействия с бинуклеофилами (К^-К^ и К^ОН) реагируют по 1,3-дикарбонильному фрагменту алифатической части молекулы с образованием пятичленных О, К- гетероциклов [8]. Можно было предположить, что реакция исходного оксосоеди-нения с мочевиной будет протекать аналогично с образованием шестичленного азагетероцикла.

+

2

Рис. 1. ЯМР1Н спектр таутомерной смеси соединений

Рис. 2. ЯМР1Н спектр таутомерной смеси 3-

Нами впервые установлено, что взаимодействие 3-(1, 3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она (3) с мочевиной в условиях воздействия микроволнового излучения действительно

О

О

+ Н2К

КН2

Ъ О СН3

сопровождается образованием 3-(2-амино-4-метил-3,4-дигидро-2Н-1,3-оксазин-6-ил)-2Н-хромен-2-она (4), выход которого составил 81%.

ММ

с2н5он

У 2:

К

СН3

4

3

Поведение изучаемого соединения (3) при нагревании с мочевиной носит иной характер, а именно: сопровождается нуклеофильной атакой аминогруппой мочевины алифатического карбо-нила субстрата с последующим взаимодействием

второй аминогруппы с электрофильным атомом углерода непредельного фрагмента, что в итоге приводит к образованию 4, 4а-дигидро-4-(2-иминопропилиден)-1Н-хроменопиримидин-2, 5-диона (6):

X

н2ы ын2

н2о

I

н2ы ын2 снС2н0н'1'

сн-

оо

ынэ + С02

о

л

ына

-о \\ // -снэ 0 0 0

о

х

ны ын

сны

снэ

5

6

Строение полученных соединений здесь и далее подтверждалось данными ИК и ЯМР 1Н спектроскопии.

В ИК спектре соединения (4) присутствует полоса валентных колебаний амидной КН-группы при 3536 см-1. Полоса колебаний при 1635 см-1 соответствует фрагменту С=К. Сохранение лак-тонной карбонильной группы подтверждается наличием сигнала при 1699 см-1. При этом полосы поглощения, отвечающие валентным колебаниям сопряженных (1660-1670 см-1) и несопряженных (1675-1690 см-1) карбонильных групп, исчезают. Двойной связи отвечает полоса поглощения 1657 см-1. Валентным и деформационным колебаниям связи С-Н в СН3-группе соответствуют сигналы 2926 см-1 и 3061 см-1, 1434 см-1 и 1393 см-1 соответственно.

В ЯМР1Н спектре соединениия (4) присутствуют синглет винильного протона (7.66 м.д.), синглет метинового протона при 4.72 м.д., синглет протонов первичной аминогруппы (5.21 м.д.). Синглет протонов при 1.57 м.д. соответствует метильной группе. Мультиплет ароматических протонов проявляется в диапазоне 6.477.26 м. д.

Таким образом, на основании спектральных данных, и прежде всего ИК спектроскопии, можно сделать вывод о реализации про-тотропной имин-енаминной таутомерии для аминодигидрооксазинил-2Н-хромен-2-она (4).

В ИК спектре соединения (6) характеристические валентные колебания амидных групп проявляются в виде двух полос при 3346 см-1 и 3443 см-1. Полоса валентных колебаний при 3139 см-1 соответствует поглощению иминной группы. Полоса поглощения С=О (амид I) отмечена при 1677 см-1. Сохранение лактонного карбонила подтверждается наличием полосы поглощения при 1717 см-1. Валентные колебания связи С-Н в СН3-группе проявляются в виде сигналов при 2926 см-1 и 3098 см-1, деформационным колебаниям соответствуют полосы 1345 см-1 и 1419 см-1.

В ЯМР1Н спектре соединения (6) отмечены синглеты КН-групп амидного фрагмента (6.12 м.д. и 5.90 м.д.), синглет протона иминной функции (8.64 м.д.), сигналы метиновых (д. 5.53 м.д. ] = 6 Гц и д. 4.12 м.д. 1= 6 Гц), метильных (1.56 м.д.) и винильного ( 6.77 м.д.) протонов. Ароматическим протонам соответствует муль-типлет при 7.15-8.31 м.д.

Имеются сведения о возможности 3-(1,3-диок-собутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она (3) образовывать полукетали при взаимодействии с формамидом, а также в слабокислой среде [9-10].

Это позволило предположить, что взаимодействие субстрата (3) с тиомочевиной приведет к нуклеофильной атаке атомом азота аммиака ацетильного карбонила 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она (3) с последующей

К-гетероциклизацией и образованием со второй хроменопиридин-10а-илоксиксантено-1,3-диона

молекулой субстрата, претерпевшей конкурентную карбоциклизацию [9], простой эфирной связи, что приводит в итоге к получению

I

Н^ N42

(7) с выходом 63 %.

Вероятно, в выбранных условиях тиомочеви-на, гидролизуясь, является источником аммиака.

н20

N43 + СО2 + Н2Ъ

В ИК спектре продукта (7) исчезает полоса, относящаяся к валентным колебаниям двух сопряженных лактонных карбонильных групп в области 1750-1700 см-1 и появляется полоса поглощения, соответствующая валентным колебаниям вторичной аминогруппы при 3348 см-1. Карбонильные функции проявляются в виде поглощения при 1678 см-1, 1685 и 1692 см-1. Полоса валентных колебаний при 1280 см-1 соответствует валентным колебаниям простой эфирной связи. Деформационные колебания двойных связей С=С проявляются в виде сигнала при 1655 см-1. Валентным колебаниям связей С-Н метильной группы соответствует сигнал при 2922 см-1.

В ЯМР1Н спектре хроменопиридин-10а-илок-сиксантено-1,3-диона (7) присутствует синглет протона вторичной аминогруппы при 8.65 м.д. Два винильных протона проявляются в виде уширенного синглета при 7.63 м.д. Винильный протон, находящийся при атоме углерода, со-

I

Н^ N42

СН

С2Н5ОН, 1ММ

О О

пряженном с карбонильной группой, проявляется в виде синглета при 6.11 м.д. Протоны метиле-новой группы 1,3-дикарбонильного фрагмента проявляются в виде синглета при 3.71 м.д. Мети-леновому звену при С4 соответствуют два дублета при 5.92 м.д. (1=24 Гц) и 4.14 м.д. (1=24 Гц). Синглет протонов при 2.65 м.д. соответствует метильным протонам. Ароматическим протонам соответствует мультиплет при 6.64-7.32 м.д.

Найдено, что в реакции 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она (3) с тиомочевиной в условиях микроволнового воздействия, вероятно, происходит нуклеофильная атака атомом азота карбонильной группы алифатической цепи с последующей атакой второй аминогруппой атома углерода 2, 3-непредельного фрагмента с образованием 4-(2-оксопропил)-2-тиоксо-4а, 10Ь-дигидро-1 Н-хроменопиримидин-5(2Н)-она (8) - тиоаналога интермедиата (5). Таким образом, реакция носит общий характер как для мочевины, так и для тиокарбамида.

СНз

О О

О О

О

7

ъ

3

3

8

В ИК спектре соединения (8) присутствует полоса валентных колебаний амидной NH-группы при 3437 см-1. Сохранение лак-тонной карбонильной группы подтверждается наличием сигнала при 1714 см-1. Ацетильному карбонилу соответствует сигнал при 1678 см-1. Колебания связи C=S проявляются в виде полосы поглощения при 1186 см-1. Двойной связи отвечает полоса поглощения 1657 см-1. Валентным колебаниям связи С—Н в СНз-группе соответствуют сигналы 2926 см-1 и 3061 см-1, деформационным колебаниям - сигналы при 1434 см-1 и 1393 см-1.

В ЯМР1Н спектрах соединения (8) присутствует синглет винильного протона (6.17 м.д.), мультиплет метиновых протонов при 3.714.36 м.д., синглет NH-протонов амидных групп (2,04 м.д.). Синглет протонов при 1.57 м.д. соответствует метильной группе. Мультиплет ароматических протонов находится при 6.59-7.84 м.д.

Экспериментальная часть

Контроль за ходом реакций, определение индивидуальности и идентификация полученных соединений осуществлялись методами ТСХ, ИК и ЯМР 1Н спектроскопии.

ТСХ анализ проводился на пластинках Silu-fol UV-254; элюент гексан-эфир-ацетон (3:1:1), гексан-этилацетат-ацетон (2:2:1), проявитель -пары иода, УФ - излучение.

Элементный анализ проводился на CHNOS элементном анализаторе vario MICRO.

ИК спектры записывались на ИК фурье-спектрометре ФСМ 1201 в таблетках КВг.

ЯМР 1 Н и 13С спектры получены на спектрометре Varian 400 при температуре 30°С (400 МГц, CDC13, DMSO-J6). Внутренний стандарт - тетраметилсилан.

Воздействие микроволнового излучения обеспечивалось автоматической микроволновой установкой для синтеза NOVA II, рабочая температура 180-190 °С.

3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-он (3). В круглодонную колбу, снабжённую обратным холодильником, помещают 67 мл этанола-ректификата, в котором растворяют при нагревании 4,39 г (35 ммоль) 4-гидрокси-6-метилпиран-2-она (1). После его растворения добавляют 1,91 мл (17,4 ммоль) салицилового альдегида (2). Нагревают 2 ч при температуре 75 °С. За ходом реакции следят по ТСХ. Смесь охлаждают сначала на воздухе, затем в холодильнике. Выпавшие жёлтые кристаллы отфильтровывают, промывают водой и получают 3,04 г (выход

76%) 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она 3.Т.пл. 150-152°С [6]. Найдено, % С: 68.13; Н: 4.55. Вычислено, % С: 67.82; Н: 4.38.

3-(2-Амино-4-метил-3,4-дигидро-2Н -1,3-оксазин-6-ил)-2Н-хромен-2-он (4). В плоскодонную колбу помещают 2 г (8,7 ммоль) 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она (3) и 0,78 г (13 ммоль) мочевины. Реакционную смесь подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 700 Вт в течение 4 минут. За ходом реакции следят по ТСХ. Образовавшиеся кристаллы промывают водой и получают 1,82 г (81%) соединения 4, Т.пл. 120-121°С. Найдено, % С: 65.74; Н: 5.52; К: 10.26. Вычислено, % С: 65.11; Н: 5.46; К: 10.85.

4, 4а-Дигидро-4-(2-иминопропилиден)-1Н-хроменопиримидин-2, 5-дион (6). В круглодонную колбу объемом 50 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 0,8 г (3,5 ммоль) 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она (3), растворяют при нагревании в 20 мл этанола-ректификата, добавляют 0,21 г (3,5 ммоль) мочевины. Нагревают в течение 20 ч. За ходом реакции следят по ТСХ. По окончании реакции смесь охлаждают на воздухе и упаривают. Выпавшие кристаллы желтого цвета отфильтровывают, промывают гексаном, сушат в эксикаторе. Получают 0,44 г (46%) соединения 6. Т.пл. 91-92°С. Найдено, % С: 46,99; Н: 5.81; К: 16.93. Вычислено, % С: 47,26; Н: 5.24; К: 15.49.

4-(2-Метил-4, 1 0-дигидро-1 Н -хроменопиридин-10а-илокси)-4,4а-дигидро-1Н-ксантено-1,3-дион (7). В круглодонную колбу объемом 50 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 1 г (4,35 ммоль) 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она (3), растворяют при нагревании в 20 мл этанола-ректификата, добавляют 0,66 г (8,7 ммоль) тио-мочевины. Нагревают в течение 22 ч. За ходом реакции следят по ТСХ. По окончании реакции смесь охлаждают на воздухе и упаривают. Выпавшие оранжевые кристаллы отфильтровывают, промывают гексаном, сушат в эксикаторе. Получают 0,59 г (64%) соединения 7. Т.пл. 89-91 °С. Найдено, % С: 70.89; Н: 4.55; К: 3.45. Вычислено, % С: 71.31; Н: 4.42; К: 3.62.

4-(2-Оксопропил)-2-тиоксо-4а, 10Ь-дигидро-1Н-хроменопиримидин-5(2Н)-он (8). В плоскодонную колбу помещают 1 г (4,35ммоль) 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2#-хромен-2-она (3) и 0,34 г (4,35 ммоль) тиомочеви-ны. Реакционную смесь подвергают воздействию микроволнового излучения мощностью 600 Вт в течение 20 мин. За ходом реакции следят по

ТСХ. Образовавшиеся кристаллы промывают водой и получают 1,01 г (81%) соединения (8), Т.пл. 145-147°С. Найдено, % С: 57.64; Н: 4.81; N: 9.86; S: 10.89. Вычислено, % С: 58.32; Н: 4.20; N: 9.76; S: 11.12.

Результаты работы получены в рамках выполнения государственного задания Минобр-науки России (№ 4 1212.2014/К).

Список литературы

1. Коптелова М. А., Зелмене В. Н. Антикоагулянты. Рига : Зинатне, 1965. 72 с.

2. Халецкий А. М. Фармацевтическая химия. Л. : Медицина, 1973. 762 с.

3. Yuan H., Parrill L. QSAR studies of HIV-1 integrase inhibition // Bioorg. Med. Chem. 2002. Vol. 10. P. 4169-4183.

4. Miltra A., Aparna D., Karchaudhuri N., De A., Misra S. K., Mukhopadhuay A. K. Synthesis of coumarin in search of better nonpeptide HIV protease inhibitors // J. Indian Chem. Soc. 1988. Vol. 75. P. 667-671.

5. He Zhao, Neamati N., Hong H., Mazumder A., Wang S, Sunder S., Milne G. W., Pommier Y., Burke T. R. Couma-rin-based inhibitors of HIV integrase // J. Med. Chem. 1997. Vol. 40. P. 242-249.

6. Riboulleau J., Deschamps-Vallet C., Molho D. Preparation et heterocyclisation reductrice de divers o-hydroxy-

benzylidene-3 dioxo-2,4 chromannes // Bull. Soc. Chim. France. 1970. № 8-9. P. 3138-3144.

7. Аниськов А. А., Варшаломидзе И. Э., Голиков А. Г., Григорьева (Мажукина) О. А., Клочкова И. Н., Кривенько А. П., Никишин А. Ю., Поплевина Н. В., Сорокин В. В, Федотова О. В., Фомина Ю. А., Щеки-наМ. П. Спектральные характеристики хроменонов, хроменоксантенов, ксантенонов, пиранохроменов, хроменопиридинов и родственных веществ // Определение строения карбо- и гетероциклических соединений спектральными методами. Саратов : ИЦ «Наука», 2010. С. 65-115.

8. Григорьева О. А., Гончаренко Н. М., Никишин А. Ю. Синтез и реакции азациклизации окса-1,5-дикетонов 4-гидроксипиранового ряда // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии : материалы Всерос. интерактив. конф. Секция 2. Саратов, 2007. С. 85-88.

9. Григорьева (Мажукина) О. А., Никишин А. Ю., Федотова О. В. Полиоксосоединения бензопиран-2-онового ряда в реакции бромирования // Фундаментальные и прикладные проблемы получения новых материалов : исследование, инновации и технологии : сб. материалов IV Междунар. конф. Астрахань : Изд. дом «Астраханский университет», 2010. С. 39-42.

10. Григорьева (Мажукина) О.А., Буров А.М., Федотова О.В. Превращения 3-(1,3-диоксобутан-1-ил)-2Н-хромен-2-она под действием брома // ХГС. 2010. № 4. С. 518-522.