Изоксазолы и изоксазолины из дизамещенных арилциклопропанов в реакции нитрования

УДК 547.512

ИЗОКСАЗОЛЫ И ИЗОКСАЗОЛИНЫ ИЗ ДИЗАМЕЩЕННЫХ АРИЛЦИКЛОПРОПАНОВ В РЕАКЦИИ НИТРОВАНИЯ

Л.Г. Сагинова, Мохаммад Альхамдан, В.С. Петросян

В условиях реакции нитрования ( NaNO3 / CF3COOH ) дизамещенные арилцик-лопропаны образуют преимущественно изоксазолы и изоксазолины.

Ранее сообщалось, что при взаимодействии нитрата натрия в трифторуксусной кислоте с замещенными арилциклопропанами в зависимости от природы заместителя в ароматическом кольце образуются либо изоксазолины, либо нитропроизводные [1].

С целью расширения области изучаемой реакции было предпринято изучение взаимодействия 1,2 -ди-замещенных арилциклопропанов с нитратом натрия в трифторуксусной кислоте. В качестве обьектов исследования были взяты 1,2-дифенил-(1), 1,2-бис(4 -ме-

токсифенил)-(П), 1 -фенил-2-(4-метоксифенил)-(Ш), 1,2-бис(4-метилфенил)-(1У) и 1,1-бис(4-нитрофенил)-(V) циклопропаны.

При нитровании стереоизомерной смеси 1,2 -ди-фенилциклопропана ( I) оказалось, что реакция протекает только по малому циклу и в результате его размыкания образуются 3,5-дифенил-4,5-дигидрои-зоксазол (VI, 33 %), 3,5-дифенилизоксазол (VII, 5%) и около 60 % продуктов осмоления реакционной смеси. Введение в ароматическое кольцо субстрата электронодонорных заместителей значительно облегчает прохождение реакции. Так, при изучении взаимодействия 1,2-бис(4-метоксифенил)циклопропана (II) с нитратом натрия в CF3COOH при молярных соотношениях субстрат - реагент - кислота 1:1:10 были получены только продукты размыкания малого цикла: 3,5-ди(4-метоксифенил)-4,5-дигидроизоксазол (VIII), 3,5-ди(4 -метоксифенил)изоксазол (IX), 4-нитроанизол (X) и 4-метоксикоричный альдегид (XI).

При использовании в реакции трехкратного избытка реагента из реакционной смеси был выделен только один продукт - 3,5-ди(4-метокси-3-нитрофе-нил)-4,5-дигидроизоксазол (XII).

Следует отметить, что при смешении реагента и углеводорода (II) реакционная смесь окрашивается в интенсивный малиново-фиолетовый цвет, который исчезает через два часа после прохождения реакции.

Известно, что в молекуле 1,2-дифенилциклоп-ропана существует сопряжение двух фенильных ядер, осуществляемое через трехчленный цикл и введение электронодонорных групп способствует этому сопряжению, повышая реакционноспособ-ность малого цикла [2].

Этим, возможно, объясняется единственное направление реакции по малому циклу при стехио-метрическом соотношении реагентов. При избытке последнего вначале, вероятно, образуется изоксазолин (VIII), который затем легко нитруется по ароматическим кольцам, причем и в этом случае место вхождения нитрогруппы также определяется метокси-группой.

Следует отметить образование в этой реакции продукта ипсо-замещения 4-нитроанизола. Этот факт является доказательством осуществления ипсо-атаки нитрующей частицей атома углерода ароматического кольца, свзанного с триметилено-вым циклом.

Можно предположить, что описанная реакция протекает по следующей схеме:

O-N nO-N

При нитровании 1-фенил-2-(4-метоксифенил)цик-лопропана (III) в аналогичных условиях в реакционной массе были обнаружены смесь изомерных изок-сазолинов (3-фенил-5-(4-метоксифенил)-4,5-дигидрои-зоксазол (XIII) и 5-фенил-3-(4-метоксифенил)-4,5-ди-гидроизоксазол (XIV)) в соотношении 1:1, а также продукты ипсо-замещения (4-нитроанизол (X) и коричный альдегид (XV)).

Изомерные изоксазолины (XIII, XIV) были выделены и охарактеризованы в виде смеси и различить их удалось только с помощью масс-спектрометрии.

Анализ масс-спектров 3,5-дифенил-4,5-дигидрои-зоксазола [3], где доля основного иона Ф1 (РЬСИ=СИ2) составляет 26% и 3-фенил-5-(4-метокси-фенил)-4,5-дигидро-изоксазола [4], где доля основного иона Ф1 (4-СИ30-С6И4-СИ=СИ2) составляет 49%, а также смеси изоксазолинов (XIII, XIV), полученной как описано выше, показал, что в последней содержатся два изомера в соотношении примерно 1:1. На основании полученных экспериментальных данных можно предположить, что нитроний-катион осуществляет ипсо-атаку атома углерода ароматического кольца, содержащего метокси-группу, что приводит к образованию 4-нитроанизола (X) и коричного альдегида (XV).

Следует отметить, что продукты ипсо-замещения были обнаружены только для 1,2 -диарилциклопропа-нов, содержащих в ароматических кольцах одну или две метоксигруппы.

При изучении взаимодействия 1,2-бис(4-метилфе-нил)-циклопропана (IV) с нитратом натрия в трифто-руксусной кислоте при соотношении субстрат - реагент -кислота 1:1:10 с выходом 72 % был выделен только 3,5-дитолилизоксазол (XVI).

Введение в ароматические кольца электроноакцеп-торных заместителей также способствует раскрытию триметиленового цикла в изучаемой реакции и образованию соответствующего изоксазолина. Так, 1,1-бис(4-нитрофенил)циклопропан (V) региоселективно реагировал с нитратом натрия в трифторуксусной кислоте с образованием 5,5-ди(4-нитрофенил)-4,5 -ди-гидроизоксазола (XVII) с количественным выходом.

Таким образом, анализируя полученные данные, можно сделать заключение, что в реакции с нитратом натрия в трифторуксусной кислоте для 1,2-диа-рилциклопропанов характерно общее направление атаки электрофильной частицей по триметиленовому циклу, в результате раскрытия которого образуются преимущественно соответствующие гетероциклические соединения.

Экспериментальная часть

Спектры ПМР были сняты на приборах «Bruker-WP 80» и «Varian-VXR -400» с рабочими частотами

80 и 400 Мгц в растворителях (CCl4, CDCl3, аце-тон-ё6, CF3COOH), внутренний стандарт - ГМДС, ТМС. Спектры ЯМР 13С снимали на приборе «Varian VXR-400» (рабочая частота 100 Мгц, CDCl3, ацетон-ё6 с полной развязкой от протонов, внутренний стандарт - ТМС). Масс-спектры снимали на приборе «Varian-МАТ-44-S» при ионизирующем напряжении 80 эВ.

Диарилциклопропаны синтезировали каталитическим разложением соответствующих пиразолинов.

1,2-Дифенилциклопропан (I), смесь цис-, транс-стереоизомеров ( 20:80), т. кип. 151-153°С (8 мм рт. ст. ), nD0 1.5987 [5], т^анс-1,2-ди(4-метоксифе-нил)циклопропан (II), т. пл. 70-71°С [6], транс-1-фенил-2-(4- метоксифенил)циклопропан (III), т. пл.

81 - 83°С [7], 1,2-ди(4-метилфенил)циклопропан (IV), т. пл. 55-56 °С [6], 1,1-ди(4-нитрофенил)-циклопропан (V), т. пл. 158-159°С [8].

Нитрование арилциклопропанов

а) К 0.01 моля арилциклопропана в 10 мл трифторуксусной кислоты, охлажденному до 0°С, постепенно добавляли 0.015 моля нитрата натрия и перемешивали при температуре 0-5°С в течение 46 ч. Методом ТСХ контролировали прохождение реакции, по окончании которой реакционную массу выливали в воду и экстрагировали хлороформом, органическую вытяжку промывали 2%-м раствором бикарбоната натрия, водой и высушивали сульфатом магния. После удаления растворителя остаток хроматографировали на колонке или ТСХ (неподвижная фаза Silicagel 40/100 или Silpearl, элюент - смесь гексана и эфира, 4:1).

б) К 0.01 моля углеводорода в 6 мл хлороформа при охлаждении до 0°С постепенно добавляли раствор 0.015 моля нитрата натрия в 10 мл

трифторукусусной кислоты и перемешивали до окончания реакции. Контроль за прохождением реакции и дальнейшую обработку реакционной смеси проводили аналогично вышеописанному.

1) Из 1.9 г 1,2-дифенилциклопропана (I) выделяли 0.7 г (30 %) 3,5-дифенил-4,5-дигидроизокса-зола (VI), т. пл. 74° (из спирта) [3], 0.08 г (4%) 3,5-дифенилизоксазола (VII), т. пл. 144° (из спирта) [9].

2) Из 2.5 г 1,2-ди(4-метоксифенил)циклопропана (II) выделяли 0.9 г (32%) 3,5-ди(4-метоксифенил)-4,5-дигидроизоксазола (XVIII), т. пл. 138° (из спирта) [3], 0.6 г (23%) 3,5-ди-(4-метоксифенил)изоксазо-ла (IX), т. пл. 163-164° из спирта) [10], 0.3 г (15%) 4-нитроанизола (X), т. пл. 107-110°С (из спирта) [11], 0.15 г (10%) иара-метоксикоричного альдегида (XI), т. кип. 169-70° (10 мм рт. ст.) [12].

3) При использовании трехкратного избытка нитрита натрия в CF3COOH из 2,5 г 1,2-ди-(4-метокси-фенил)циклопропана (II) выделено 3 г (70%) 3,5-ди(4-метокси-3-нитрофенил)-4,5-дигидроизоксазола (XII), т. пл. 181-182° (из спирта). Спектр ЯМР 1Н (5, м.д., CDCl3): 3.30 д.д. (1Н, СН2, 2/Н, Н 16.4, 3/Н, СН 8.0 Гц), 3.80 д.д. (1Н, СН2, 2/НН ' 16.4, 3/НСН 10.8 Гц), 3.97 с (3Н, СН3О), 4.01 с (3Н, СН3О), 5.76 д.д. (1Н, СН, 3/НСН2 8.0, 3/НСН210.8 Гц), 7.11 д,

7.54 д (2Н H1, Н1/ 3/Н1,Н2= 1,Н' 2 = 8.8 Гц),

7.58 д.д., 7.97 д.д. (2Н, Н2, Н2, 3JH2 Н1 =

/2, Н'1= 8.8 ГЦ, 4J H2, Н3= /2, Н'3= 2 Гц), 787 Д,

8.05 д (2 Н, Н3, Н'3, 4J Н3, Н2= 4/Н3, Н2 = 2 Гц). Най-

дено, %: С 54.48 , Н 4.03, N 11.20. C17H17N3O7. Вычислено, %: С 54.69, Н 4.02 , N 11.26.

4) Из 2.2 г 1-фенил-2-(4-метоксифенил)циклопро-пана (III) выделяли 1.3 г (53%) смеси (1:1) изомерных 3-фенил-5-(4-метоксифенил)-4,5-дигидроизокса-зола (XIII) и 5-фенил-3-(4- метоксифенил)-4,5-дигид-роизоксазола (XIV), т. пл. 103° (из спирта), найдено [M] 253. C16 H15 NO2. вычислено M 253, 4-нитроанизол (X), 0.18 г (13%), т.пл. 107-109° [11], коричный альдегид (XV), 0.15 г (12%), т. кип. 118— 120° (10 мм рт. ст.) [13].

5) Из 2.2 г 1,2-ди(4-метилфенил)циклопропана

(IV) выделяли 1.7 г (70%) 3.5-ди(4-метилфенил)изок-сазол (XVI), т. пл. 148-149° (из спирта). Спектр ЯМР 1Н (5, м.д., CDCl3): 2.40 с (3Н, СН3), 2.41 с (3Н, СН3), 6.96 с (1 Н, =СН), 7.25 д (2 Н, 3/НН 8 Гц), 7.29 д (2Н, 3/НН 8 Гц), 7.72 д (2 Н, 3/Н,Н 8 Гц), 7.74 д (2Н, 3/НН 8 Гц ароматические протоны). Найдено, %: С 81.57, Н 6.52, N 5.07. C17H15NO. Вычислено, %: С 81.92, Н 6.02, N 5.62.

6) Из 1.4 г 1,1-ди(4-нитрофенил)циклопропана

(V) выделяли 1.3 г (85%) 5,5-ди(4-нитрофенил)-4,5-дигидроизоксазола (XVII), т. пл.142-143°С (из спирта). Спектр ЯМР 1Н (5, м.д., CDCl3): 3.80 д (2Н, СН2), 7.29 т (1Н, СН), 7.72 д , 8.18 д (4Н, ароматические протоны). Спектр ЯМР 13С (5, м.д., CDCl3): 48.52 (СН2), 88.53 (С-Лг2), 147.60 (CT=N), 124.06, 126.97 (ароматические углероды), 145.91 (С1 аром.), 149.32 (С4 аром. - NO2). Найдено, %: С 57.93, Н 3.49, N 12.90. C15H11N3O5. Вычислено, %: С 57.50, Н 3.51. N 13.41.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сагинова Л.Г., Альхамдан Мохаммад, Петросян В. С.//Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2, Химия. 1994. 35. С. 474.

2. Левина Р.Я. Шабаров Ю.С., Шаназаров К.С., Трещова Е.Г. // Вестн. Моск. ун-та. 1957. С. 145.

3. Газзаева Р.А., Шабаров Ю.С., Сагинова Л.Г. // ХГС. 1984. С. 309.

4. Сагинова Л.Г., Кухарева И.Л., Лебедев А.Т., Шабаров Ю.С. // ЖОрХ. 1991. 27. С. 1852.

5. Алексанян В.Т., Стерин Х.Е., Лукина М.Ю., Сафонова И.Л., Казанский Б.А. // Опт. и спектр. 1959. 7. С. 178.

6. Леонова Т.В., Исаева Г.Г., Яковлева Е.А., Субботин О.А., Шатенштейн А.И., Шабаров Ю.С. // ЖОрХ. 1973. 9. С. 2251.

7. Сычкова Л.Д., Шабаров Ю.С. // ЖОрХ. 1985. 21. С. 292.

8. Markus D.G., Burger A. // J. Am. Chem. Soc. 1949. 71. P. 2031.

9. Battaglia A., Dondoni A.,Taddei F. // J. Het. Chem. 1970. 7. P. 721.

10. Зиуманис А.Х., Абрамова Б.А., Арен А.К. // Изв. АН Латв. ССР. Сер. хим. (2). 1974. С. 229.

11. Morgan J., Rarick R.Q., Rewster B., Dains F.B. // J. Am. Chem. Soc. 1933. 55. P. 1289.

12. Scholtzund M., Wideman A. // Ber. 1903. 36. S. 845.

13. Органические реакции. М., 1956. 8. С. 313.

Поступила в редакцию 03.12.96