Способ получения 2-ацил(ароил)-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрилов
METHOD FOR PREPARATION OF 2-ACYL(AROYL)-7-IMINO-6-OXABICYCLO[3.2.1]OCTANE-1,8,8-TRICARBONITRILES

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способам получения новых химических соединений: насыщенных функционально замещенных молекул бицикло[3.2.1]октанового ряда, содержащих иминолактонный фрагмент и три цианогруппы - 2-ацил(ароил)-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1),
6
4
где R = Me (1a); R = Ph (1б); R = p-Tol (1в); R = p-PhO-CH (1г)
которые могут быть использованы в тонком органическом синтезе, а также в качестве биологически активных соединений.
В литературе отсутствуют упоминания о способах синтеза 2-ацил(ароил)-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1).
Известен способ получения вещества, имеющего схожую мостиковую систему, основанный на внутримолекулярной 5-экзо-диг реакции циклических субстратов с 1,3-диаксиальными гидрокси- и цианогруппой (F.F. Fleming, G. Wei, O.W. Steward // Journal of Organic Chemistry. - 2008. - Vol. 73. - №10. - P. 3674-3679). Основным недостатком данного способа является малая доступность исходных гидроксинитрилов, а также используемых для их циклизации реагентов.
Известен способ получения вещества, имеющего конденсированный с бензольным кольцом бицикло[3.2.1]октановый каркас, содержащий иминолактонный фрагмент и три цианогруппы. Он заключается в реакции фотохимического циклоприсоединения 2-метилбензофенона и тетрацианоэтилена с последующей гетероциклизацией в иминолактон (Е. Block, R. Stevenson // Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1: Organic and Bio-Organic Chemistry (1972-1999). - 1973. -P. 308-313).
Взаимодействие осуществляется при облучении ультрафиолетовым светом раствора 2-метилбензофенона и тетрацианоэтилена, взятых в эквимолярном соотношении, в этилацетате в течение 23.5 ч. Недостатками данного способа являются низкий выход (22%) конечного продукта, а также невозможность синтеза бицикло[3.2.1]октанового каркаса, неконденсированного с бензольным кольцом.
Описан способ получения схожего продукта, на основе взаимодействия тетрацианоэтилена с 2,2'-метилендициклогексаноном. Он приводит к образованию сложной мостиковой тетрациклической спиросистемы, включающей в себя фрагмент бицикло[3.2.1]октана, иминолактонный цикл и три цианогруппы, что является наиболее близким к заявленному решению.
Взаимодействие осуществляется в 1,4-диоксане в присутствии концентрированной хлороводородной кислоты, с последующим (через 12 ч) разбавлением реакционной массы водой и фильтрованием продукта. Выход 85% (V.P. Sheverdov, О.V. Ershov, О.Е. Nasakin, А.N. Chemushkin, V.A. Tafeenko, V.V. Bulkin // Russian Journal of Organic Chemistry. - 2001. - Vol. 37. - №2. - P. 291 - 292).
К недостаткам данного способа относится его единичный характер, не позволяющий судить об универсальности метода, а также невозможность синтеза на основе такого подхода производных бицикло[3.2.1]октана общей формулы (1), неконденсированных с другими циклическими системами.
Задачей данного изобретения является разработка способа получения насыщенных функционально замещенных молекул бицикло[3.2.1]октанового ряда, содержащих иминолактонный фрагмент и три цианогруппы - 2-ацил(ароил)-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1).
Техническим результатом является получение новых 2-ацил(ароил)-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1).
Технический результат достигается тем, что получение 2-ацил(ароил)-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1)
заключается в перемешивании раствора тетрацианоэтилена и соответствующего 1,5-дикарбонильного соединения в эквимолярных количествах в 1,4-диоксане при комнатной температуре в присутствии каталитического количества хлороводородной кислоты. По окончании взаимодействия реакционную массу разбавляют холодной водой (3-5°С), образующийся осадок отфильтровывают, затем перекристаллизовывают из этанола.
Способ осуществляется по следующей схеме реакции:
6
4
где R = Me (1a); R = Ph (1б); R = р-Tol (1в); R = p-PhO-CH (1г).
Метод характеризуется простотой исполнения и отсутствием специального оборудования. Анализ заявляемого решения показывает, что предлагаемый способ является эффективным, так как позволяет получать насыщенные функционально замещенные молекулы бицикло[3.2.1]октанового ряда, в необходимом функциональном обрамлении с хорошими выходами. Ряд синтезированных соединений (1а-г) с различными заместителями демонстрирует универсальность заявляемого решения.
3
Используемые реагенты и растворители, а именно тетрацианоэтилен, хлороводородная кислота, 1,4-диоксан являются коммерчески доступными. Диарилзамещенные 1,5-дикарбонильные соединения могут быть легко получены на основе реакции Фриделя-Крафтса между дихлорангидридом глутаровой кислоты и соответствующим ароматическим соединением в дихлорметане в присутствии AlCl (R.С.Fuson, J.Т. Walker // Org. Synth., Coll. Vol. 2. - 1943. - P. 169). Необходимый для синтеза соединения (la) гептан-2,6-дион может быть получен на основе взаимодействия ацетоуксусного эфира с формальдегидом в щелочной среде (W. Reid, W. Kunstmann // Chem. Ber. - 1967. - Vol. 100. - P. 605 - 610).
1
1
Строение полученных соединений подтверждается данными ИК- и ЯМР Н-спектроскопии, масс-спектрометрии. Соединения (1а-г) выделяются в виде смеси двух геометрических изомеров с различной конфигурацией иминогруппы, о чем свидетельствует дублирование однотипных сигналов в ЯМР Н-спектрах (*звездочкой отмечен минорный стереоизомер).
Сущность изобретения заключается в получении новых 2-ацил(ароил)-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1) согласно разработанному способу:
0,0025 моль (0,32 г) тетрацианоэтилена смешивают с 0,0025 моль соответствующего 1,5-дикарбонильного соединения в 5 мл 1,4-диоксана, добавляют 0.1 мл концентрированной хлороводородной кислоты. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре. Полноту протекания реакции проверяют по отсутствию синего окрашивания гидрохинона (π-комплекс с тетрацианоэтиленом) под действием пробы реакционной массы. После завершения взаимодействия реакционную массу разбавляют 50 мл холодной воды (3-5°С), образующийся осадок отфильтровывают, промывая на фильтре холодной водой (3-5°С), затем перекристаллизовывают из этанола.
пл
2
2
3
3
2
2
3
3
2
2
2
2
отн
-1
1
+
Пример 1. Способ получения 2-ацетил-7-имино-5-метил-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрила (1а). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве 1,5-дикарбонильного соединения гептан-2,6-диона. Выход: 61%. Т. = 201-202°С (разл.). ИК спектр, ν, см: 3320 (N-H); 2252 (C≡N); 1712 (C=N). Спектр ЯМР Н (ацетон-d6, 500 MHz): 1.60-1.71 (1Н и 1Н*, м, СН и СН*); 1.82 (3Н, с, СН)*; 1.84 (3Н, с, СН); 2.19-2.34 (1H и 1Н*, м, СН и СН*); 2.36 (3Н, с, СН); 2.38 (3Н, с, СН)*; 2.45-2.53 (1H и 1H*, м, СН и СН*); 2.69-2.81 (1Н и 1H*, м, СН и СН*); 3.90 (1H, дд, J=5.2, 13.4 Гц, С(О)СН); 3.94 (1Н, дд, J=5.2, 13.4 Гц, С(О)СН)*; 8.89 (1Н, с, NH); 8.92 (1Н, с, NH)*. Масс-спектр EI, m/z (I, %): 257 [М+Н](2.9), 197 (100).
пл
2
2
2
2
2
2
2
отн
-1
1
+
Пример 2. Способ получения 2-бензоил-7-имино-5-фенил-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрила (16). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве 1,5-дикарбонильного соединения 1,5-дифенилпентан-1,5-диона. Выход: 75%. Т. = 185-187°С (разл.). ИК спектр, ν, см: 3319, 3276 (N-H); 2257 (С≡N); 1816 (С=O); 1691(C=N). Спектр ЯМР Н (ацетон-d6, 500 MHz), δ, м. д.: 1.88-1.97 (1Н, м, СН); 2.05 (1Н, м, СН перекрывается сигналом ацетона-d5)*; 2.22-2.29 (1Н, м, СН)*; 2.46-2.52 (2Н, м, СН); 2.54-2.61 (1Н, м, СН)*; 3.00-3.08 (1Н, м, СН)*; 3.09-3.17 (1H, м, СН); 4.75 (1H, дд, J=4.6, 12.9 Гц, С(О)СН)*; 4.87 (1H, дд, J=4.8, 13.4, С(О)СН); 7.42-7.79 (8Н и 8Н*, м, Н Аr и Н Аr*); 8.03 (2Н, д, J=7.8 Гц, Н Аr); 8.14 (2Н, д, J=7.7 Гц, Н Аr)*; 9.38 (1Н, с, NH)*; 9.48 (1Н, с, NH). Масс-спектр EI, m/z (I, %): 381 [М+Н](3.5), 105 (100).
пл
2
2
2
3
3
3
3
2
2
2
2
отн
-1
1
+
Пример 3. Способ получения 7-имино-2-(4-метилбензоил)-5-p-толил-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрила (1в). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве 1,5-дикарбонильного соединения 1,5-ди-р-толилпентан-1,5-диона. Выход: 90%. Т. = 224-226°С (разл.). ИК спектр, ν, см: 3322 (N-Н); 2255 (C≡N); 1812 (С=O); 1703 (C=N). Спектр ЯМР Н (ацетон-d6, 500 MHz), δ, м. д.: 1.85-1.95 (1Н, м, СН); 2.04-2.06 (1Н, м, СН перекрывается сигналом ацетона-d5)*; 2.26-2.40 (1Н, м, СН)*; 2.41 (3Н, с, СН); 2.43 (3Н, с, СН)*; 2.45 (3Н, с, СН); 2.46 (3Н, с, СН)*; 2.53-2.62 (2Н, м, СН); 2.73-2.85 (1Н, м, СН)*; 3.11-3.18 (1Н и 1Н*, м, СН* и СН); 4.60 (1Н, дд, J=2.9, 12.8 Гц, С(О)СН)*; 4.86 (1Н, дд, J=5.0, 13.2 Гц, С(О)СН); 7.41-7.58 (6Н и 6Н*, м, Н Аr и Н Аr*); 8.07 (2Н, д, J=7.8, Н Аr); 8.13 (2Н, д, У=7.7 Гц, Н Аr)*; 9.37 (1Н, с, NH)*; 9.43 (1Н, с, NH). Масс-спектр EI, m/z (I, %): 408 [М](0.8), 119 (100).
пл
2
2
2
2
2
2
2
отн
=
-1
1
+
Пример 4. Способ получения 7-имино-2-(4-феноксибензоил)-5-(4-феноксифенил)-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрила (1г). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве 1,5-дикарбонильного соединения 1,5-бис(4-феноксифенил) пентан-1,5-диона. Выход: 73%. Т.88-90°С. ИК спектр, ν, см: 3257 (N-Н); 2251 (С≡N); 1813 (С=O); 1712 (C=N). Спектр ЯМР Н (ацетон-d6, 500 MHz), δ, м. д.: 1.90-1.98 (1Н, м, СН); 2.06-2.12 (1Н, м, СН перекрывается сигналом ацетона-d5)*; 2.33-2.51 (2Н и 1H*, м, СН и СН*); 2.61-2.70 (1Н, м, СН)*; 3.01-3.11 (1H, м, СН)*; 3.21-3.30 (1Н, м, СН); 4.60 (1Н, дд, J=2.8, 12.7 Гц, С(О)СН)*; 4.71-4.84 (1Н, м, С(О)СН); 6.98-8.38 (18Н и 18Н*, м, Н Аr и Н Аr*); 9.35 (1Н, с, NH)*; 9.46 (1Н, с, NH). Масс-спектр EI, m/z (I, %): 564 [М](0.1), 197 (100).
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать насыщенные функционально замещенные молекулы бицикло[3.2.1]октанового ряда, содержащие иминолактонный фрагмент и три цианогруппы - 2-ацил(ароил)-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]октан-1,8,8-трикарбонитрилы общей формулы (1), которые могут быть использованы в тонком органическом синтезе, а также в качестве биологически активных соединений.