Получение и свойства алкенилзамещенных антрахинонов

УДК 547

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА АЛКЕНИЛЗАМЕЩЕННЫХ АНТРАХИНОНОВ

В. Я. Денисов, Е. В. Стукалова, Т. В. Чуйкова

GETTING AND PROPERTIES OF ETHYLENE-MIXED ANTHRAQUINONES

V. Ya. Denisov, E. V. Stukalova, T. V. Chuykova

Статья посвящена изучению этиленовой конденсации галогенантрахинонов. Обсуждаются как синтетические возможности этого метода, так и его модификация, а также свойства алкенилзамещенных ан-трахинонов, в частности, их окисление в вицинальные дикетоны.

The topic of this article is investigation of ethylene condensation ofhalogenantraquinones. It is regarded as synthetic possibilities of this method and also its modification and properties alkenylantraquinones to a,fi-dicarbnylderivatives of antraquinones.

Ключевые слова: этиленовая конденсация, палладиевый катализ, алкены, галогенантрахиноны.

Key words: ethylene condensation, palladium catalysis, ethylenes, halogenanthraquinones.

Производные антрахинона, содержащие аннели-рованные с ядром антрахинона карбо- и гетероциклы, привлекают в последние годы внимание химиков, так как многие из них обладают фармакологической активностью. Синтез соединений подобного типа может быть осуществлен на основе алкил- или алкенилзамещенных антрахинонов. Однако известные методы синтеза производных антрахинона с углеродсодержащими заместителями достаточно сложны и многостадийны.

Авторами изучена возможность использования реакции этиленовой конденсации (т. н. реакции Хека), катализируемой комплексами нуль-валентного палладия в ряду иодзамещенных антрахинонов. Для 1- и 2-иодантрахинонов замещение атома йода на алкенильный остаток осуществляется достаточно гладко с разнообразными алкенами. Реакция может быть катализирована как ацетатом, так и хлоридом палладия [1], соотношение иодантрахинон: алкен: соль палладия составляет 1 : 2 : 0,002.

O

X

O

ch2=chr

Pd

O

X = I

ch=chr

O

R = C6H5 COOH, COOCH3

Атомы галогенов проявляют различную реакционную способность в условиях реакции Хека [2]: бромзамещенные антрахиноны вступают в реакцию только в присутствие трифенилфосфина, в то время как взаимодействие иодантрахинонов с алкенами

О Вг

1 СН2=СН^

Рс1

О О

^ = СООН

Использование бромиодзамещенных антрахино-нов в реакции Хека позволило получить диалкенил-замещенные антрахиноны с различными алкенильными группами. Полученные результаты подтверждают возможность использования «смешанных» дигалогенантрахинонов для селективного замещения атомов галогена на различные алкенильные остатки и расширяют синтетические возможности

происходит достаточно гладко без трифенилфосфи-на, что может быть использовано для последовательного введения разнообразных алкенильных групп в кольцо антрахинона.

О

1*2 = С6Н5

этиленовой конденсации (реакции Хека) в ряду га-логенантрахинонов.

Особый интерес представляет получение алкенилзамещенных антрахинонов, с различными функциональными группами в алкенильном фрагменте. В этом случае возможна дальнейшая модификация алкенильного заместителя.

Так антрахинонилакриловые кислоты, полученные при взаимодействии иодантрахинонов с акри-

ловой кислотой в условиях реакции Хека, могут де-карбоксилироваться, образуя соответствующие ви-нилантрахиноны, выход последних зависит от при-

роды, используемой в реакции соли двухвалентного палладия (хлорид палладия способствует возрастанию выхода винилантрахинонов).

O

O

CH2=CHCOOH -----------

Pd

O

СН=СНСООН

O

O

- СО2

O

.CH=CH2

Наличие карбоксильной группы в алкенильном фрагменте представляет особый интерес, т. к. позволяет надеяться на ее дальнейшее внутримолекулярное взаимодействие с имеющимся в ортоположении заместителем. Вовлечение в этиленовую конденсацию амино- и гидроксииодантрахинонов

открывает перспективу синтеза на их основе гетероциклических антрахинонов, что было показано при взаимодействии 2-амино-3-иодантрахинона с акриловой кислотой.

O

NH2 CH2=CHCOOH

-----------

I Pd

O

O

O

О

Определенным недостатком данного метода синтеза является длительность его проведения (от 12 и более часов) и жесткий температурный режим, в результате чего реакция осложняется процессами дезиодирования. Условия этиленовой конденсации удалось оптимизировать, используя катализаторы фазового переноса.

Проведение конденсации в условиях «классической реакции Хека», т. е. в присутствии основания (ацетата натрия), трифенилфосфина в полярном растворителе (ДМФА), но с добавлением тетраалки-ламмонийбромида позволило существенно сократить время реакции (до 3,5 часов), снизить ее температурный режим от 1200 до 700 С и избежать процесса дезиодирования.

Влияние катализатора фазового переноса, роль которого, по-видимому, выполняет тетраалкилам-мониевая соль, может быть объяснена на основе

(С8Н17)^+Вг- + ДсО№ -(С8Н17)^+ОДс- + [Н-РсІ-І]

общепринятой схемы реакции Хека [3], которая включает в себя несколько стадий:

— окислительное присоединение арилгалоге-нида к бис (трифенилфосфин) палладию;

— образование сигма-алкилпалладиевого ком-

плекса с участием алкена;

— Р-гидридное отщепление с образованием

продукта алкенилирования;

— регенерация нульвалентного палладия из

НРdХ с помощью основания.

С учетом механизма реакции Хека, согласно которому на конечном этапе реакции образуется гидрид палладия - H-Pd-X, можно предположить, что тетра-н-октиламмонийбромид принимает участие в регенерации нульвалентного палладия по схеме [4]:

(С8Н17)^+ОДс- + №Вг  [РС0] + НОДс + (С8Н17)^+І-

Оптимизация условий этиленовой конденсации позволила осуществить реакцию с интернальными алкенами, которые были инертны в условиях «классической» реакции Хека.

Изучение реакции Хека в ряду йодантрахинонов открыло путь синтеза ранее труднодоступных алке-нилзамещенных антрахинонов и позволило получить достаточно широкий ряд производных антра-хинона с разнообразными алкенильными заместителями (-СИ=СИ-РИ, -СИ=СИ-СООИ, -СИ=СИ-СООСН3, -СИ=С(СИз)-СООСИз). Изучение свойств этих производных практически до сих пор не проводилось, хотя реакции по двойной -С=С- связи могут

быть использованы для получения новых производных антрахинона, представляющих практический интерес.

Особый интерес представляет изучение окисления ненасыщенных фрагментов до вицинальных ди-карбонильных соединений. Это связано с тем, что такие соединения находят широкое применение в органическом синтезе, медицине и технике. Их используют как биологические ценные препараты, медицинские диагностикумы, люминофоры, мономеры для термостабильных полимеров и др. Синтетические возможности этих соединений в получении различных классов органических субстратов трудно

переоценить, поскольку особый интерес к ним связан с возможностью синтеза на их основе новых гетероциклических фрагментов и их привлекательностью в качестве потенциальных биологически активных соединений.

На примере а- и р-стирилзамещенных антрахи-нонов была показана возможность их окисления в вицинальные дикарбонильные соединения в системе НВг/ДМСО.

Механизм окислительного действия ДМСО предложен авторами работ [5]. Возможно, что и в случае наших объектов окисление происходит в соответствии с предложенной схемой:

2 ИБг + (СН3)230 = Бг2 + (СН3)23 + Н20

Aq-

-Ph

Br2

Me2SO

Br,

Aq

Ph Br A Me2SO

Ph

Br

O.

Aq

©

'sh'

I

©

Br

-Me2S,

B

Br

Ph

Aq

Me2SO

AqCOCOPh

C

Поскольку в антрахиноновой системе есть две карбонильные группы, которые являются акцепторами и тем самым снижают скорость окислительной реакции и выход продукта, эффективность окисления может быть усилена в присутствии перекиси водорода, которая способствует ускорению генерирования брома из бромистоводородной кислоты:

Н202 + 2 НБг ---------- БГ2 + 2 Н2О

Сопоставление условий окисления алкенилпро-изводных антрахинона с таковыми для антрахино-нов, имеющих углеродные заместители с тройной связью [ ], позволило выявить селективные методы окисления для двойной и тройной связей в антрахи-ноновых производных.

HC=C—Ph

H PdCl2

------

ДМСО

O

C=C—Ph

O

Таким образом, при совместном присутствии двойной и тройной связей в системе антрахинона может быть осуществлено их селективное окисление в различных условиях, что открывает новые синтетические возможности для получения замещенных антрахинонов.

Литература

1. А. с. № 1240014 СССР. В. Я. Денисов, Т. В.Чуйкова. Опубл. в Б. И. - 1984. - № 4.

2. Heck, R. Palladium-catalysed vinylic hydrogen substitution reaction with aryl, benzyl, sterylhalides /

R. Heck, J. Nolly // J. Org. Chem. - 1972. - V. 27. -P. 2320 - 2325.

3. Афанасьев, В. В. Перспективы использования палладийкатализируемых реакций в тонком органическом синтезе: создание связи углерод-углерод / В. В. Афанасьев, Н. Б. Беспалова, И. П. Белецкая // Рос. хим. журнал. - 2006. - Т. L. - С. 81 - 92.

4. Jeffery, T. On The Efficiency of Tetraalkylammonium Salts in Heck Type Reactions / T. Jeffery // Tetrahedron Lett. - 1994. - V. 35. - P. 3051 - 3055.

5. Юсубов, М. С. Прямое превращение 1,2-дибром-1,2-диарилэтанов в ароматические дикетоны

/ М. С. Юсубов, В. Д. Филимонов // Журнал органической химии. - 1989. - Т. 25. - Вып. 7. - С. 1561 -1563.

Рецензент - Н. Г. Малюта, ГОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет».