Реакции 2-(n,n-диметиламинометилиден)-5,5-диметилциклогексан-1,3-диона с производными гидразина

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Сер. 4. 2009. Вып. 2

УДК 547.371

В. В. Пакальнис, И. В. Зерова, С. И. Якимович

РЕАКЦИИ 2-(ЫN-ДИМЕТИЛАМИНОМЕТИЛИДЕН)-5,5--ДИМЕТИЛЦИКЛОГЕКСАН-1,3-ДИОНА С АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ НУКЛЕОФИЛАМИ

2-Алкокси- [1, 2] и 2-диметиламинометилиденовые [3, 4] производные 1,3-дикарбо-нильных соединений широко используются в органическом синтезе в реакциях с би-и полинуклеофилами для получения разнообразных гетероциклов. В частности, взаимодействие с гидразином и монозамещёнными гидразинами ведёт к образованию функ-ционализированных пиразолов [2, 3].

Ранее нами было показано, что в реакциях 3-этоксиметилиденацетилацетона и 2-этоксиметилиденацетоуксусного эфира с бензоилгидразином могут быть получены сопряжённые енгидразины, которые при выдерживании в спиртовом растворе цикли-зуются в 4,5-дизамещённые N-бензоилпиразолы. Последние изомеризуются в растворе (MeOH, CDClз) при комнатной температуре или при кипячении в абсолютном толуоле в 3,4-дизамещённые N -бензоилпиразолы [5].

Данная работа является продолжением упомянутых выше исследований. Она посвящена изучению реакций 2-(МN-диметиламинометилиден)-5,5-диметилциклогексан--1,3-диона с производными гидразина. Мы хотели проследить, как скажется включение терминальных заместителей 1,3-дикарбонильной части в состав карбоцикла на структуру продуктов реакции и на способность их к дальнейшим превращениям.

Взаимодействие 2-(МN-диметиламинометилиден)-5,5-диметилциклогексан-1,3-ди-она с метил- и фенилгидразином проводилось в спиртовом растворе при охлаждении льдом как в нейтральных условиях, так и в присутствии уксусной кислоты. Во всех случаях осуществлялось нуклеофильное винильное замещение с вытеснением молекулы диметиламина по схеме (1):

Н

К = Ме

Ме

II

Полученные соединения I, согласно данным спектроскопии ЯМР, имеют сопряжённое енгидразинное строение. Так, в случае продукта конденсации 2-(МN-диметилами-нометилиден)-5,5-диметилциклогексан-1,3-диона с метилгидразином на это указывает

© В. В. Пакальнис, И. В. Зерова, С. И. Якимович, 2009

I

наличие в спектре ЯМР 1Н раствора в CDClз уширенного дублетного сигнала при 5

4,50 м. д. с КССВ 5,8 Гц (протон группы NHCHз) и дублетного сигнала при 5 8,30 м. д. с КССВ 9,5 Гц (атом водорода связи С=СН).

Нагревание полученного производного ^ в метаноле в течение 1,5 ч ведёт к циклизации в пиразол II. Его структура была подтверждена присутствием кросс-пика в спектре NOESY между сигналами протонов N-метильной группы и метиленовой группы, связанной с атомом углерода ^ пиразола. Дальнейшее кипячение соединения II в абсолютном толуоле не приводит к возможной миграции метильной группы с образованием изомерного гетероцикла, как это имело место для 4-ацетил-1-бензоил-5-метил-1Д^-пиразола [5]. Таким образом, реакция завершается образованием 4,5-дизамещённого пиразола, который не склонен к изомеризации в 3,4-дизамещённый изомер ни при длительном выдерживании в растворе в CDClз, ни при кипячении в абсолютном толуоле.

Нагревание соединения №, полученного при взаимодействии исходного субстрата с фенилгидразином, привело к осмолению реакционной массы.

Реакция 2-(МN-диметиламинометилиден)-5,5-диметилциклогексан-1,3-диона с бен-зоилгидразином, проводимая в метаноле в нейтральных условиях при охлаждении льдом, приводит к образованию диметиламмонийной соли енолята бензоилгидразона 2-формилдимедона III по схеме (2). К подобному выводу можно прийти на основании данных элементного анализа, наличия в масс-спектре иона, соответствующего диметиламину, а также совокупности данных ЯМР спектроскопии (в частности, присутствия в спектре ЯМР 1Н синглетного сигнала при 5 2,69 м. д. интенсивностью 6 протонов, отнесенного атомам водорода группы N(CHз)2).

Н2К

ОТ

н2К

от

О^^РЬ

ОН

АсОН

Н

\\

к-кнсорь

О

А

©

Н^Ме2

Иные результаты были получены при проведении реакции в присутствии уксусной кислоты. Спектр ЯМР 1Н выделенного продукта IV скорее согласуется с сопряжённым енологидразонным строением. Наблюдаемые в слабопольной области синглетные сигналы при 5 8,87, 11,92 и уширенный сигнал в области 13,60-13,75 м. д. могут быть отнесены азометиновому протону, протону амидной связи NH и гидроксильной группы дикарбонильного фрагмента.

Для альтернативной сопряжённой енгидразинной формы сигнал винильного протона С=СН и сигнал протона при амидном атоме азота должны быть дублетами, а сигнал протона группы NH - дублетом дублетов.

В спектре ЯМР 1Н соединения IV, полученном при —50 °С, первый сигнал слабопольной области приобретает вид дублета при 5 9,02 м. д. с КССВ 12,1 Гц, далее следуют дублет при 5 12,68 м. д. с КССВ 7,1 Гц и дублет дублетов при 5 13,90 м. д. с КССВ 12,1 и 7,1 Гц, соответственно. Такой вид спектра уже полностью соответствует енгидразинной структуре.

Подобное изменение спектральных характеристик допускает двоякое объяснение.

Во-первых, возможно, что при енгидразинном строении соединения IV обменные процессы с участием протонов групп NH протекают так быстро при комнатной температуре, что способны снять мультиплетность вышеперечисленных сигналов. При низких температурах скорость обменных процессов снижается, что и приводит к восстановлению мультиплетной структуры сигналов.

Во-вторых, можно предположить, что при комнатной температуре обсуждаемое соединение действительно имеет енологидразонное строение или представляет в растворе смесь быстро взаимопревращающихся хелатных форм А и Б с преобладанием первой. Понижение температуры смещает равновесие в сторону енгидразинного таутомера. При —50 С именно он становится доминирующим, соответственно, меняются и спектральные характеристики. С этим согласуется и наблюдаемое изменение положения сигналов в слабопольной области. Так, смещение названных выше сигналов составляет Д5 = —0,15, —0,76 и----0,22 м. д.

Вид спектров соединений III и IV при комнатной температуре не меняется во времени, не осуществляется циклизация в производные пиразола.

Нагревание соли III в толуоле в течение 4 ч приводит к отщеплению диметиламина и образованию соединения, спектральные характеристики которого полностью совпадают с таковыми для продукта конденсации IV, его структура также подтверждена данными элементного анализа и присутствием в масс-спектре молекулярного иона [286+]. Дальнейшее кипячение соединения IV в толуоле не приводит к циклизации.

Продукт реакции исходного субстрата с 1,1-диметилгидразином по данным спектроскопии ЯМР существует в енгидразинной форме (схема (3)). В спектре раствора соединения V в CDClз слабопольные сигналы при 8,31 (8,02) м. д. (протон связи С=СН) и при 11,51 (.1 = 10,6 Гц) м. д. (протон связи №Н) имеют вид дублета и уширенного дублета, соответственно.

Вывод о наличии хелатного равновесия для соединения IV должен делаться с известной осторожностью. Требуются дополнительные исследования, связанные с вариациями структуры гидразинной части, привлечением более широкого круга растворителей и т. д.

Экспериментальная часть. Спектры ЯМР 1Н и 13С записаны на приборе Вгикег DРX-300 в CDClз и ДМСО^е, рабочие частоты 300 (1Н) и 75 (13С) МГц.

2-Диметиламинометилиден-5,5-диметилциклогексан-1,3-дион получен по методике, предложенной в работе [3].

2-[(2-Метилгидразино)метилиден]-5,5-диметилциклогексан-1,3-дион ^

К раствору 0,200 г (1,03 ммоль) 2-диметиламинометилиден-5,5-диметилциклогексан-

I,3-диона в 4 мл абсолютного метанола прикапывают при перемешивании и охлаждении льдом раствор 0,047 г (1,03 ммоль) метилгидразина в 1 мл абсолютного метанола. Выпавший осадок отфильтровывают, сушат. Выход 2-[(2-метилгидразино)метилиден]-5,5--диметилциклогексан-1,3-диона 0,127 г (63 %), Ьпл = 156 С. Спектр ЯМР 1Н (CDClз), 5, м. д. 7, Гц: 1,05 (6Н, с, 2СНз); 2,33 (2Н, с, СН2); 2,37 (2Н, с, СН2); 2,79 (3Н, д, 7 = 5,8 Гц, N^3); 4,50 (1Н, уш. д, 7 =5, 8 Гц, №НСНз); 8,30 (1Н, д, 7 = 9, 5 Гц, С=СН);

II,85 (1Н, уш. с, МИ); ЯМР 13С (CDClз), 5, м. д.: 28,90 (2СНз); 31,60 (С(СНз)2); 40,03 (ЖШ3); 51,42 (СН2); 51,52 (СН2); 106,45 (С=СН); 157,30 (С=СН); 196,31 (С=0); 198,83 (С=0). Найдено, %: С 61,17; Н 8,16; N 14,23. СюН^оСЬ. Вычислено, %: С 61,20; Н 8,22; N 14,27.

По аналогичной методике получен 2-[(2-фенилгидразино)метилиден]-5,5-диметил-циклогексан-1,3-дион №. Выход 0,204 г (77 %), Ьпл = 189-190 С. Спектр ЯМР 1Н ^С1з), 5, м. д. 7, Гц: 1,10 (6Н, с, 2СНз); 2,39 (2Н, с, СН2); 2,45 (2Н, с, СН2); 6,63 (1Н, уш. с, МИР^; 6,84 (2Н, д, 7 = 7,6 Гц, Наром); 7,01 (1Н, т, 7 = 7,3 Гц, Наром); 7,30 (2Н, уш. д, 7 = 7,6 Гц, Наром); 8,34 (1Н, д, 7 = 10,2 Гц, С=СН); 12,05 (1Н, д, 7 = 10,2 Гц, МИ); ЯМР 1зС (CDC1з), 5, м. д.: 28,91 (2СНз); 31,65 (С(СНз)2); 51,00 (СН2); 51,54 (СН2); 107,63 (С=СН); 114,07, 122,69, 129,93, 146,16 (Сар0м); 157,79 (С=СН); 196,55 (С=0); 197,81 (С=0). Найдено, %: С 69,70; Н 6,98; N 10,82. С^Н^оОо. Вычислено, %: С 69,75; И 7,02; N 10,84.

1,6,6-Триметил-1,5,6,7-тетрагидро-4Н-индазол-4-он II. Раствор 0,118 г (0,6 ммоль) 2-[(2-метилгидразино)метилиден]-5,5-диметилциклогексан-1,3-диона кипятят в 4 мл метанола 1,5 ч. Растворитель удаляют при пониженном давлении, остаток перекристаллизовывают из гексана. Выход 1,6,6-триметил-1,5,6,7-тетрагидро-4Н--индазол-4-она 0,097 г (90 %), Ьпл = 74 С. Спектр ЯМР 1Н (ДМСО^б), 5, м. д. 7, Гц: 1,03 (6Н, с, 2СНз); 2,26 (2Н, с, СН2); 2,75 (2Н, с, СН2); 3,76 (3Н, с, МСИз); 7,74 (1Н, с, С3Н); ЯМР 1зС (ДМСО^в), 5, м. д.: 28,79 (2СНз); 34,74 (СН2); 35,93 (С(СНзЫ; 36,76 (МСИз); 52,38 (СН2); 118,29 (С^); 136,58 (С3); 149,88 (С5); 192,50 (С=О). Найдено, %: С 67,34; Н 7,89; N 15,73. СюН^О. Вычислено, %: С 67,39; И 7,92; N 15,72.

Диметиламмониевая соль енолят-аниона бензоилгидразона 2-формил-димедона III. К раствору 0,488 г (2,5 ммоль) 2-диметиламинометилиден-5,5-диметил-циклогексан-1,3-диона в 4 мл абсолютного метанола прикапывают при перемешивании и охлаждении льдом раствор 0,340 г (2,5 ммоль) бензоилгидразина. Выпавший осадок отфильтровывают, сушат. Выход диметиламмонийной соли енолят аниона бензоилгид-разона 2-формилдимедона 0,588 г (71 %), Ьпл = 230-231 С. Спектр ЯМР 1Н (CDC13),

5, м. д. 7, Гц: 1,00 (6Н, с, 2СНз); 2,22 (4Н, с, 2СН2); 2,68 (6Н, с, ^СИз)2); 7,42 (2Н, д. д, 71 = 7,9 72 = 7,3 Гц, Наром); 7,53 (1Н, м, Наром); 7,93 (2Н, д, 7 = 7, 3 Гц, Наром); 9,01 (1Н, с, =СН); 9,1-10,3 (1Н, уш, №И). Спектр ЯМР 1зС (CDC1з), 5, м. д.: 28,91 (2СНз); 31,52 (С(СН3)2); 34,94 (1Ч(СН3)2); 51,59 (2СН2); 106,94 (С=СН); 128,20, 128,79, 131,94,

133,50 (Саром); 150,48 (С=СН); 165,36 (СОРЬ); 195,73 (С=0). Найдено, %: С 65,18; Н 7,56; N 12,60. С^Н^зОз- Вычислено, %: С 65,26; Н 7,55; N 12,69.

N 1-[(4,4-диметил-2,6-диоксоциклогексилиден)метил]бензгидразид IV. К охлаждённому льдом раствору 0,488 г (2,5 ммоль) 2-диметиламинометилиден-5,5--диметилциклогексан-1,3-диона в 5 мл абсолютного метанола прибавляют при перемешивании 1 мл уксусной кислоты, а затем при перемешивании прикапывают раствор 0,340 г (2,5 ммоль) бензоилгидразина в 5 мл абсолютного метанола. Выпавший практически сразу после начала прикапывания бензоилгидразина осадок отфильтровывают. Выход N 1-[(4,4-диметил-2,6-диоксоциклогексилиден)метил]бензгидразида 0,594 г (83 %), Ьпл = 234-235 С. Спектр ЯМР 1Н ^С1з), 5, м. д. 7, Гц (Ь = 25 С): 1,09 (6Н, с, 2СНз); 2,37 (2Н, с, СН2); 2,47 (2Н, с, СН2); 7,50 (2Н, т, 7 = 7, 3 Гц, Наром); 7,62 (1Н, т, 7 = 7, 3 Гц, Наром); 8,04 (2Н, д, 7 = 7, 3 Гц, Наром); 8,87 (1Н, с, =СН); 11,92 (1Н, с, №ИТО); 13,60-13,75 (1Н, уш, или ОН). Спектр ЯМР 1зС ^С1з), 5, м. д.: 28,98 (2СН3); 31,97 (С(СН3)2); 50,68 (СН2); 51,33 (СН2); 106,33 (С=СН); 128,10, 129,07, 131,16, 133,19 (Саром); 148,81 (С=СН); 163,14 (СОРЬ); 198,00 (2С=0). Найдено, %: С 67,17; Н 6,37; N 9,79. С^Н^Оз. Вычислено, %: С 67,12; И 6,34; N 9,78.

Спектр ЯМР 1Н ^С1з), 5, м. д. 7, Гц (Ь = -50 С): 1,08 (6Н, с, 2СНз); 2,41 (2Н, с, СН2); 2,48 (2Н, с, СН2); 7,53 (2Н, т, 7 =7, 3 Гц, Наром); 7,67 (1Н, м, Наром); 8,05 (2Н, д, 7 = 8, 0 Гц, Наром); 9,02 (1Н, д, 7 = 12,1 Гц, С=СН); 12,68 (1Н, д, 7 = 7,1 Гц, №ИТО); 13,90 (1Н, д. д, 71 = 12,1; 72 = 7,1 Гц, №И).

Раствор 0,286 г (1 ммоль) N 1-[(4,4-диметил-2,6-диоксоциклогексилиден)метил]бенз-гидразида в 6 мл абсолютного толуола кипятят в течение 4 ч. Осадок отфильтровывают. Из маточного раствора выделяют дополнительную порцию продукта. Общий выход N 1-[(4,4-диметил-2,6-диоксоциклогексилиден)метил]бензгидразида 0,235 г (82 %), Ьпл = 234 С. Спектр ЯМР 1Н (ДМСО^в), 5, м. д. 7, Гц: 0,99 (6Н, с, 2СНз); 2,29 (2Н, с, СН2); 2,38 (2Н, с, СН2); 7,54 (2Н, т, 7 = 7, 3 Гц, Наром); 7,63 (1Н, т, 7 = 7, 3 Гц, Наром); 7,89 (2Н, д, 7 = 7, 3 Гц, Наром); 8,18 (1Н, с, =СН); 11,1-12,1 (1Н, уш, №И); сигнал ОН или NH-группы не локализован. Спектр ЯМР 1зС (ДМСО^б), 5, м. д.: 28,90 (2СНз); 31,73 (С(СН3)2); 51,21 (2СН2); 106,59 (С=СН); 128,34, 129,55, 132,04, 133,28 (Сар0м); 152,02 (С=СН); 164,38 (СОРЬ); 197,83 (2С=0). Найдено, %: С 67,12; Н 6,36; N 9,76. С16Н181Ч203. Вычислено, %: С 67,12; Н 6,34; N 9,78.

Аналогично N 1-[(4,4-диметил-2,6-диоксоциклогексилиден)метил]бензгидразид получен из диметиламмонийной соли енолят аниона бензоилгидразона 2-формилдимедона.

2-[(2,2-Диметилгидразино)метилиден]-5,5-диметилциклогексан-1,3--дион V. К охлаждённому льдом раствору 0,195 г (1 ммоль) 2-диметиламинометилид-ен-5,5-диметилциклогексан-1,3-диона в 5 мл абсолютного метанола прибавляют 0,4 мл уксусной кислоты и при перемешивании прикапывают раствор 0,060 г (1 ммоль) 1,1-ди-метилгидразина в 2,5 мл абсолютного метанола. Растворитель удаляют при пониженном давлении, кристаллический остаток промывают холодным петролейным эфиром, сушат. Выход 2-[(2,2-диметилгидразино)метилиден]-5,5-диметилциклогексан-1,3-диона

0,200 г (95 %), Ьпл = 129-130 С. Спектр ЯМР 1Н ^С1з), 5, м. д. 7, Гц: 1,04 (6Н, с, 2СНз); 2,33 (2Н, с, СН2); 2,36 (2Н, с, СН2); 2,67 (6Н, с, ^СИз)2); 8,31 (1Н, д, 7 = 11,9 Гц, С=СН); 11,51 (1Н, уш. д, 7 = 10,6 Гц №И). Спектр ЯМР 1зС ^С1з), 5, м. д.: 28,90 (2СН3); 31,53 (С(СН3)2); 48,74 (1Ч(СН3)2); 51,46 (СН2); 51,59 (СН2); 106,91 (С=СН);

155,91 (С=СН); 196,25 (С=0); 199,03 (С=0). Найдено, %: С 62,78; Н 8,65; N 13,30. ChHi8N202. Вычислено, %: С 62,83; Н 8,63; N 13,32.

Литература

1. Дяченко В. Д., Ткачёв Р. П. Функционально замещённые алкоксиэтилены в реакциях с нуклеофильными реагентами. Часть I. Синтез шестичленных гетероциклов // Журн. орган. химии. 2003. Т. 39. Вып. 6. С. 807-842.

2. Дяченко В. Д., Ткачёв Р. П. Функционально замещённые алкоксиэтилены в реакциях с нуклеофильными реагентами. Часть II. Синтез нециклических структур, производных бензола, 5-, 7-членных и макрогетероциклов // Там же. 2006. Т. 42. Вып. 2. С. 167-188.

3. Schenone P., Mosti L., Menozzi G. Reaction of 2-Dimethylaminomethylene-1,3-diones with dinucleophiles. I. Synthesis of 1,5-disubstituted 4-acylpyrazoles // J. Het. Chem. 1982. Vol. 19. N 6. P. 1355-1361.

4. Джавахишвили С. Г., Горобец Н. Ю., Черненко В. Н. и др. Синтез новых производных

3-(1,3-тиазол-2-ил)-7,8-дигидрохинолин-2,5(1Н,6Н)-диона// Изв. РАН. Сер.: Химия. 2008. № 2. С. 412-417.

5. Якимович С. И., Зерова И. В., Пакальнис В. В. Взаимодействие 3-этоксиметилиденпен-тан-2,4-диона и этилового эфира 2-этоксиметилиден-2-оксобутановой кислоты с бензоилгид-разином // Журн. орган. химии. 2008. Т. 44. Вып. 4. С. 625-627.

Принято к публикации 30 октября 2008 г.