Синтез новых производных пирроло[3,4-c]пиррол-1,3,4,6-тетраонов

УДК 547.46'052

П. А. Гуревич, С. В. Федосеев, К. В. Липин, О. В. Ершов,

А. В. Еремкин, Л. Ф. Саттарова, О. Е. Насакии

СИНТЕЗ НОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ПИРРОЛО[3,4-с]ПИРРОЛ-1,3,4,6-ТЕТРАОНОВ

Ключевые слова: 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы, нитрилы, пирроло[3,4-с]пирролы.

Исследовано влияние структуры исходного 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрила на направление его взаимодействия с водой и разработан новый метод синтеза замещенных октагидропирроло[3,4-с]пиррол-1,3,4,6-тетраонов.

Keywords: 4-оxoalkane-1,1,2,2-tetracarbonitriles, nitriles, pyrrolo[3,4-c]pyrroles.

The influence of the structure the initial 4-oxoalkan-1,1,2,2-tetrakarbonitrile the direction of its interaction with water, and a new method of synthesis of substituted oktahydropirrolo[3,4-c]pyrrole-1,3,4,6-tetraones.

Поиск эффективных методов получения азотсодержащих гетероциклических соединений, замещенных различными функциональными группами, является актуальным направлением современного органического синтеза. В данном аспекте хорошо зарекомендовали себя аддукты тетрацианоэтилена с кетонами - 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы (тетрацианоалканоны), при вовлечении которых во взаимодействие с реагентами различной природы было получено значительное число гетероциклических систем. В настоящее время подробно изучено поведение тетрацианоалканонов с ^нуклеофилами [1-5] и галогеноводородными кислотами [6-9], однако о характере взаимодействия тетрацианоалканонов с О-нуклеофилами, например водой, в литературе имеются лишь единичные сведения [10, 11].

Ранее сообщалось, что при действии на 4-оксо-4-арилбутан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы водных растворов кислот происходит образование октагидро-пирроло[3,4-с]пиррол-1,3,4,6-тетраонов 2 [7, 12], а при взаимодействии 1-(2-оксоциклогексил)этан-

1,1,2,2-тетракарбонитрилов с серной кислотой - 2-оксо-1,2,5,6,7,8-гексагидрохинолин-3,4-дикарбонитрилов [11, 12].

CN R„

і г'г

тн2°’н+ Н2°’ Н R1 NC.T

(а) Ri+R2=CH2CH2CH(CH3)CH2;

(б) R1+R2=CH2CH2C(t-Bu)CH2

Образование пирроло[3,4-с]пирролов авторы связывают [7, 11, 12] с наличием в структуре исходного тетрацианоалканона электронодонорного заместителя, который дезактивирует карбонильную группу

4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрила, атака нуклеофила по которой становится затрудненной.

В продолжение исследований нами были получены октагидропирроло[3,4-с]пиррол-1,3,4,6-

тетраоны 2г,д с выходами 68-77% путем взаимодействия тетрацианоалканонов 1а,б с серной кислотой.

Р!2 о. Р»

Структура соединений 2г,д доказана методами ИК, ЯМР 1Н спектроскопии, масс-спектрометрии и рентгеноструктурного исследования монокристалла (рис. 1).

Рис. 1 - Молекулярная структура соединения 2г

В ИК спектрах соединений имеются характерные полосы поглощения поглощения валентных колебаний С=О групп в области 1681-1751 см-1 и ЫИ-групп в области 3187-3301 см-1. В ЯМР 1Н спектрах соединений 2г,д присутствуют сигналы протонов ЫИ-групп при 11.75-11.83 м.д., протона при углероде С4 (рис. 1) при 3.67-3.79 м.д., при углероде С8 (рис. 1) при 3.34-3.98 м.д., а также алкильных при 1.08-1.73 м.д. и фенильных при 7.55-7.97 м.д. заместителей.

По-видимому, образование пирроло[3,4-с]пирролов 2 начинается с гидролиза одной из терминальных цианогрупп, способных к нитрил-кетениминной таутомерии, с образованием интермедиата А. Дальнейшая стабилизация данного карбоксамида может проходить путем циклизации в тетрагидропиридин Б, однако данный процесс не протекает, как мы предполагаем, вследствие наличия в структуре объемного заместителя Я1. По этой же причине первоначальное присоединение воды происходит именно по цианогруппе, а не по карбонильной, с образованием диола В. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что единственной возможностью стабилизации интермедиата А является образование пирроло[3,4-с]пирролов 2.

Таким образом, на основании полученных данных можно сделать вывод, что на образование пир-ролоРД-^пирролов 2 оказывает влияние не только электронодонорный заместитель при карбонильной группе, но и стерически объемный радикал, который затрудняет атаку нуклеофила на карбонильную группу.

Экспериментальная часть

Контроль над ходом реакций и чистотой синтезированных веществ осуществлялся методом ТСХ на пластинках «Silufol UV-254», проявитель - УФ облучение, пары йода, термическое разложение. ИК-спектры снимали на приборе ИК-Фурье-спектрометре ФСМ-1202 в тонком слое (суспензия в вазелиновом масле). Спектры ЯМР 1Н регистрировали на спектрометре Bruker DRX-500, рабочая частота 500.13 МГц, растворитель - ДМСО—d6, внутренний стандарт -ТМС. Масс-спектры получены на приборе Finnigan МAТ.INCOS 50 (электронный удар 70 эВ). Параметры элементарных ячеек и интенсивности отражений для рентгеноструктурного анализа измеряли на дифрак-томерах Enraf-Nonius CAD-4 и Bruker SMART 1000 CCD в МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва.

3a-(2-Оксо-2-фенилэтил)пирроло[3,4-c]пиррол-1,3,4,6(2Я,3a#,5Я,6aЯ)-тетраон (2г). В 10 мл 1,4-диоксана растворяли 1 ммоль соответствующего 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрила 1 при комнатной температуре, добавляли при перемешивании 3 мл 98% серной кислоты. Реакционная масса разогревалась. Затем ее перемешивали 5-10 мин при кипячении. Раствор охлаждали, разбавляли 50 мл воды. №й-трализовывали водным аммиаком. Осадок отфильтровывали, промывали холодной водой и пропанолом-2. Выход 0.25 г (68%), т. пл. 236-238 °С. Ик спектр, V, см-1: 1681-1736 (C=O), 3192, 3301 (NH). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д.: 3.98 с (2H, CH2), 3.99 с (1H, CH), 7.55 т (2H, J=7.4 Гц, Ph), 7.69 т (1H, J=7.4 Гц, Ph), 7.97 д (2H, J=7.4 Гц, Ph), 11.83 с (2H, NH). Масс-спектр, m/z (1отн., %): 286 (4%, M+). Шйдено, %: C 58.66; H 3.51; N 9.82. C14H10N2O5. Вычислено, %: C 58.74; H 3.52; N 9.79.

3a-(2-Адамант-1-ил-2-оксоэтил)пирроло[3,4-c]пиррол-1,3,4,6(2Я,3aЯ,5.ff,6aЯ)-тетраон 2(д). Методика аналогична 2г. Выход 0.25 г (73%) , т. пл. 268-269°С. ИК спектр, V, см-1: 1702-1751 (C=O), 3187,

3250 (N-Н). Спектр ЯМР 'Н, 5, м.д.: 1.61-1.73м (12H,

6CH2), 1.95-2.00 м (3H, СН), 3.34 с (2Н, CH2), 3.67 с

(1Н, CH), 11.76 с (2Н, NH). Масс-спектр, m/z (1отн., %):

344 (1%, M+). Найдено, %: C 62.69; H 5.81; N 8.11.

C18H20N2O5. Вычислено, %: C 62.78; H 5.85; N 8.13.

Исследование выполнено при финансовой

поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 1203-31600 мол_a.

Литература

1. Беликов, М.Ю. Получение 3,4-дициано-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-2-олятов диэтиламмония / М.Ю. Беликов [и др.] // Журн. орг. химии. - 2010. - Т. 46. № 4.- С. 621-622.

2. Беликов, М.Ю. Получение нового органического аниона взаимодействием 4-арил(гетерил)-4-оксобутан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов с аммиаком / М.Ю. Беликов [и др.] // Журн. орг. химии. - 2010. - Т. 46. № 4. - С. 604-605.

3. Беликов, М.Ю. Синтез и биологическая активность продуктов взаимодействия 4-оксоалкан-1,1,2,2-

тетракарбонитрилов с аминами / М.Ю. Беликов [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - № 8. - С. 28-31.

4. Беликов, М.Ю. Синтез 5-амино-3И-пиррол-3,4-дикарбонитрилов на основе тетрацианоэтилированных жирноароматических кетонов / М.Ю. Беликов [и др.]// Журн. орг. химии. - 2011. - Т.47. - №9. - С. 1401-1402.

5. Belikov, M.Yu. Reaction between 4-oxoalkane-1,1,2,2-tetracarbonitriles and morpholine: regioselective synthesis of

5-amino-2-(morpholin-4-yl)-3-(2-oxoalkyl)-3H-pyrrol-3,4-dicarbonitriles / M.Yu. Belikov [et al.] // Tetrahedron Lett. -2011. - № 52. - Р. 6407-6410.

6. Ершов, О.В. Трехкомпонентный «домино» синтез 1,8-диалкил-3-галоген-8-метил-6-оксо-2,7-диазабицикло[3.2.1]окт-3-ен-4,5-дикарбонитрилов / О.В. Ершов [и др.] // Журн. орг. химии. - 2009. - Т. 45, вып. 3. -С.479-480.

7. Ершов, О.В. Взаимодействие 4-арил-4-оксобутан-1,1,2,2-тетракарбонит-рилов с хлороводородной кислотой / О.В. Ершов [и др.] // Журн. орг. химии. - 2009. - Т. 45, вып. 3. -С. 484-485.

8. Липин, К.В. Трёхкомпонентный синтез и биологическая активность 2-хлоропиридин-3,4-дикарбонитрилов / К.В. Липин [и др.] // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2010.

- № 8. - С. 37-40.

9. Гуревич, П.А. Синтез и биологическая активность 2-галоген-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-3,4-дикарбонитрилов / П.А. Гуревич [и др.] // Вестник Казанского технол. ун-та.

- 2012. - № 1. - С. 90-93.

10. Dickinson, C.L. A new synthesis of 3,4-dicyano-2(1H)-pyridones // J. Am. Chem. Soc. 1960. - Vol. 82. - P. 43674369.

11. Беликов, М.Ю. Взаимодействие тетрацианоэтилирован-ных циклогексанонов с водой в кислой среде / М. Ю. Беликов [и др.]. // Журн. общ. химии. - 2010. - Т. 80. - № 10.

- С. 1757-1758.

12. Беликов, М.Ю. Синтез пирроло[3,4-с]пирролов и хино-лин-3,4-дикарбонитрилов на основе 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов / М.Ю. Беликов [и др.] // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2010. - № 9. - С. 112-115.

© П. А. Гуревич - д-р хим. наук, проф. кафедры органической химии КНИТУ; С. В. Федосеев - асп. каф. органической и фармацевтической химии ЧГУ им. И.Н.Ульянова, sergey.fedoseev88@gmail.com; К. В. Липин - канд. хим. наук, доц. каф. химической технологии и защиты окружающей среды ЧГУ им. И.Н.Ульянова; О. В. Ершов - канд. хим. наук, доц. каф. общей, неорганической и аналитической химии ЧГУ им. И.Н.Ульянова; А. В. Еремкин - канд. хим. наук, доц. каф. органической и фармацевтической химии ЧГУ им. И.Н.Ульянова; Л. Ф. Саттарова - канд. хим. наук, ст. науч. сотр. ООО «Поливит» г. Уфа; О. Е. Насакин - д-р хим. наук, проф. каф. органической и фармацевтической химии ЧГУ им. И.Н.Ульянова.