Заимодействие 6,6-диметилфульвена с ароматическими иминами в присутствии кислот Льюиса

Сер. 4. 2009. Вып. 2

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

УДК 547.831.3

В. А. Кирьяк, А. Г. Ларина, А. В. Степаков

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 6,6-ДИМЕТИЛФУЛЬВЕНА С АРОМАТИЧЕСКИМИ ИМИНАМИ В ПРИСУТСТВИИ КИСЛОТ ЛЬЮИСА

Фульвены - важный класс непредельных соединений, обладающих значительным синтетическим потенциалом. Они были использованы в синтезе некоторых биологически активных соединений, таких как хирсутен, капнеллен, ветивон, хенисол, лон-гифолен и некоторых других [1]. Реакции циклоприсоединения с участием фульвенов являются удобным методом синтеза различных полициклических систем [2-5]. В последних работах, посвященных синтетическому использованию фульвенов, описано 1,3-диполярное циклоприсоединение карбонилилидов и нитрил-Ж-оксидов к фульвенам [6, 7]. Было показано, что взаимодействие 2Н-азиринов и эфиров N-алкилиденглицина с фульвенами протекает как формальное [6+3]-циклоприсоединение и приводит к производным [2]пириндинов [8, 9]. Установлено, что реакция азадиенов с фульвенами протекает как [4+2]-циклоприсоединение и приводит к производным тетрагидро-[1]пириндинов [10]. В данной работе впервые осуществлено присоединение ароматических иминов к 6,6-диметилфульвену, катализируемое кислотами Льюиса (реакция Поварова).

В 1967 г. была опубликована работа Л. С. Поварова, в которой впервые было показано, что реакция ароматических иминов с алкенами, катализируемая кислотами Льюиса, протекает как формальное [4+2]-циклоприсоединение и приводит к замещённым тетрагидрохинолинам [11]. В последующие годы было опубликовано большое количество работ, посвященных различным аспектам реакции [12-14]. Однако присоединение ароматических иминов к циклическим диенам, катализируемое кислотами Льюиса, было осуществлено только на примере циклопентадиена [15-18]. Использование в данной реакции 6,6-диметилфульвена осложнялось, в первую очередь, его склонностью к полимеризации в присутствии кислот Льюиса, поэтому в реакционную среду добавляли ингибитор полимеризации - гидрохинон. В ходе работы было установлено, что катализируемое BFз•Et2O или Yb(OTf)з взаимодействие 6,6-диметилфульвена 1 с ароматическими иминами 2а—в приводит к тетрагидрохинолинам 3а—в с низкими выходами (8-15 %). Во всех случаях в ходе реакций активно протекают процессы полимеризации. При проведении реакций в отсутствие гидрохинона выходы тетрагидрохинолинов 3а—в не превышали 5 %. Лучшие результаты были получены при использовании в качестве катализатора Yb(OTf)з (10 мол. %) и 1,2-дихлорэтана в качестве растворителя. При взаимодействии 6,6-диметилфульвена 1 и N-(1-нафтил)имина 2г в присутствии Yb(OTf)з был получен тетрагидрохинолин 3г с выходом 10 %.

Строение и состав соединений 3а—г были установлены на основании спектральных данных и данных элементного анализа. В спектрах ЯМР 1Н соединений 3а—г наблюдаются сигналы, принадлежащие метиновым протонам Н-С^, Н-С3а, Н-С9Ь в области 4,1 (д, 1 2,2 Гц), 3,1 (д. д, 1 9,4 и 2,2 Гц) и 3,8 м. д. (д, 1 9,4 Гц), соответственно,

© В. А. Кирьяк, А. Г. Ларина, А. В. Степаков, 2009

Ме 4

Ме

К2

И1 = Р^ И2 = Н (а); И1 = 4-С1СеН4, И2 = Н (б); И1 = 4-С1СеН4, И2 = ОМе (б);

LA = BFз • Et2О, Yb(OTf)з

Ме

К2

1

3г

сигналы олефиновых протонов Н-С1 и Н-С2 в области 6,4 (м) и 6,1 м. д. (м), соответственно, а также сигнал группы NH в области 4,0 м. д. Константа спин-спинового взаимодействия 2,2 Гц указывает на транс-расположение метиновых протонов Н-С

и Н-С3а. Сигналы метильных групп изопропилиденового фрагмента находятся в области 0,7 и 1,7 м. д. Значительный сдвиг сигнала одной метильной группы в область сильного поля (к 0,7 м. д.) происходит вследствие экранирующего эффекта ароматического кольца. В спектрах ЯМР 13С имеются сигналы атомов углерода Н-С4, Н-С3а, СН-С3Ь при 59,3, 47,5 и 49,1 м. д., соответственно, а также сигналы атомов углерода метильных групп при 21,0 и 21,3 м. д. Дополнительная информация о строении соединений 3 была получена на основании анализа спектра 1Н-1Н NOESY продукта 3б. В спектре 2D ЯМР присутствует кросс-пик, соответствующий взаимодействию орто-протона арильного заместителя в положении 4 и метильной группы изопропилиденового фрагмента, что подтверждает структуру регио-изомера 3. Наблюдаемые в спектре NOESY основные пространственные взаимодействия в продукте 3б представлены ниже. Изомерные тетрагидрохинолины 6 в реакционной смеси не обнаружены. Образование соединений 3а—г вероятно протекает через стадию карбкатиона 5, который вступает во внутримолекулярную реакцию Фриделя-Крафтса.

Экспериментальная часть. Элементный анализ соединений проводили с помощью CHN-анализатора Hewlett-Packard 185B. ИК-спектры для 2 % растворов в хлороформе записаны на спектрофотометре Сarl Zeiss UR-20. Спектры ЯМР 1Н и 13С записаны на приборе Bruker DРX-300 (300 и 75 МГц, соответственно). Проверку чистоты и индивидуальности соединений и контроль за ходом реакции проводили методом тонкослойной хроматографии на пластинах Silufol UV-254 (Kavalier). Разделение методом препаративной тонкослоной хроматографии проводили на силикагеле LS 5/40 (Lachema).

Взаимодействие б,б-диметилфульвена с иминами 2а-г (общая методика). Смесь 2 ммоль 6,6-диметилфульвена 1, 2 ммоль соответствующего имина 2, 0,2 ммоль Yb(OTf)3 и 17 мг гидрохинона в 5 мл абсолютного 1,2-дихлорэтана перемешивали при комнатной температуре в течение трёх суток в атмосфере аргона. Растворитель упаривали при пониженном давлении, остаток разделяли методом препаративной ТСХ (элюент - гексан:этилацетат, 50:1 по объёму).

3-Изопропилиден-4-фенил-3а,4,5,9Ь-тетрагидро-3Н-циклопента[с]хи-нолин За. Выход 8 %. Т. пл. 140-141 °С. ИК-спектр, см-1: 920, 1010, 1080, 1110, 1120, 1200, 1270, 1320, 1470, 1490, 1600, 1620, 2860, 2920, 3050, 3400. Спектр ЯМР 1Н ^DCh), 5, м. д.: 0,69 c (3Н, ме), 1,68 c (3Н, ме), 3,14 д. д (1Н, СН, J 9,4 и 2,2 Гц), 3,78 д (1Н, СН, J 9,4 Гц), 4,01 уш. с (№Н), 4,10 д (1Н, СН, J 2,2 Гц), 6,11 м (1Н, =СН), 6,44 м (1Н, = СН), 6,65 д (1 Наром, J 8,0 Гц), 6,83 т (1 Наром, J 7,3 Гц), 7,08 т (1Наром, J 7,3 Гц), 7,26 7,42 м (6Наром). Спектр ЯМР 13С ^DCb), 5, м. д.: 20,7 (Me), 21,3 (Me), 47,5 (CH), 49,1

(СН), 59,3 (СН), 115,1, 118,7, 124,0, 126,8, 127,1, 127,9, 128,5, 129,0, 129,7, 130,2, 139,0,

139.1, 143,2, 146,4. Найдено, %: C 87,70; H 7,29; N 4,76. C21H21 N. Вычислено, %: C 87,76; H 7,36; N 4,87.

3-Изопропилиден-4-(4-хлорфенил)-3а,4,5,9Ь-тетрагидро-3Н-циклопен-та[с]хинолин 3б. Выход 11 %. Т. пл. 174-176 °С. ИК-спектр, см-1: 1030, 1100, 1110, 1260, 1320, 1480, 1510, 1600, 2970, 2940, 3400. Спектр ЯМР 1Н (CDCI3), 5, м. д.: 0,74 с (3H, ме), 1,67 с (3H, ме), 3,08 д. д (1Н, СН, J 10,1 и 2,5 Гц), 3,74 д (1Н, СН, J 10,1 Гц), 3,98 уш. с (NH), 4,04 д (1Н, СН, J 2,5 Гц), 6,09 м (1Н, =СН), 6,41 м (1Н, =СН), 6,65 д (1Наром, J 8,4 Гц), 6,82 т (1Наром, J 7,6 Гц), 7,07 т (1Наром, J 7,6 Гц), 7,25 д (1Наром, J 8,4 Гц), 7,32 уш. с (4Наром). Спектр ЯМР 13C ^DCh), 5, м. д.: 21,0 (Me), 21,3 (Me), 47,4 (CH), 49,1 (СН), 58,7 (СН), 115,2, 119,0, 124,0, 126,8, 127,1, 128,6, 129,7, 130,1,

130.2, 133,7, 138,9, 139,1, 141,8, 146,1. Найдено, %: C 78,22; H 6,28; N 4,13. C21H20CIN. Вычислено, %: C 78,37; H 6,26; N 4,35.

3-Изопропилиден-8-метокси-4 -(4-хлорфенил )-3а,4,5,9Ь-тетрагидро-3H-циклопента[с]хинолин 3в. Выход 15 %. Т. пл. 168-170 С. ИК-спектр, см 1: 1020, 1050, 1100, 1140, 1180, 1270, 1310, 1470, 1510, 1610, 2860, 2940, 3040, 3400. Спектр ЯМР 1Н ^DCb), 5, м. д.: 0,74 с (3H, ме), 1,67 с (3H, ме), 3,08 д. д (1Н, СН, J 10,5 и 2,4 Гц), 3,71 д (1Н, СН, J 10,5 Гц), 3,81 с (3H, меО), 3,93 уш. с (NH), 4,01 д (1Н, СН, J 2,4 Гц), 6,08 м (1Н, =СН), 6,42 м (1Н, =СН), 6,59 д (1Наром, J 8,1 Гц), 6,59 д. д (1Наром, J 8,1 и 2,4 Гц), 6,87 д (1 Наром, J 2,4 Гц), 7,31 уш. с (4Наром). Спектр ЯМР 13C ^DCh), 5, м. д.: 21,0 (Me), 21,3 (Me), 47,8 (CH), 49,1 (СН), 56,3 (МеО), 59,3 (СН), 113,4, 114,8, 116,1, 125,1, 126,8, 128,5, 130,2, 130,3, 133,6, 138,6, 138,9, 140,2, 141,8, 153,2. Найдено, %: C 74,92; H 6,39; N 3,85. C22H22CINO. Вычислено, %: C 75,10; H 6,30; N 3,98.

7-Изопропилиден-6-фенил-6,6а, 7,9а-тетрагидро-5Н-бензо[Н]циклопен-та[с]хинолин 3г. Выход 10 %. Спектр ЯМР 1Н ^DC^), 5, м. д.: 0,70 с (3H, ме), 1,69 с (3H, ме), 3,21 д. д (1Н, СН, J 9,5 и 2,3 Гц), 3,87 д (1Н, СН, J 9,5 Гц), 4,16 д (1Н, СН, J 2,3 Гц), 4,78 уш. с (NH), 6,23 м (1Н, =СН), 6,46 м (1Н, =СН), 7,37 7,82 м (11Наром). Спектр ЯМР 13C ^DCh), 5, м. д.: 21,2 (Me), 21,6 (Me), 46,2 (СН), 47,1 (СН), 58,3 (Сн), 115,4, 119,1, 119,7, 120,3, 123,8, 124,2, 125,1, 125,2, 126,7, 126,8, 127,5, 128,7, 129,3, 130,7, 132,7, 134,1, 139,9, 143,2. Найдено, %: C 88,83; H 6,92; N 3,97. C25H23N. Вычислено, %: C 88,98; H 6,87; N 4,15.

Литература

1. Soderberg B. C., Austin L. R., Davis C. A. et al. Regioselective palladium-catalyzed allylation of fulvenes // Tetrahedron. 1994. Vol. 50. N 1. P. 61-76.

2. Nair V., Mathew B. Hetero Diels-Alder reactions of o-thioquinones with pentafulvenes: efficient synthesis of novel benzoxathiins // Tetrahedron Lett. 2000. Vol. 41. N 35. P. 6919-6921.

3. Hong B.-C., Shen I.-C., Liao J.-H. Unprecedented sequential oxidative dimerization and cycloaddition of 1,3-diketones to fulvenes. A facile synthesis of the cyclopenta[b]chromenes // Ibid. 2001. Vol. 42. N 5. P. 935-938.

4. Hong B.-C., Shr Y. J., Liao J.-H. Unprecedented microwave effects on the cycloaddition of fulvenes. A new approach to the construction of polycyclic ring systems // Org. Lett. 2002. Vol. 4. N 4. P. 663-666.

5. Hong B.-C., Shr Y. J., Wu J.-L. et al. Novel [6+2] cycloaddition of fulvenes with alkenes: a facile synthesis of the anislactone and hirsutane framework // Ibid. 2002. Vol. 4. N 13. P. 2249-2252.

6. Muthusamy S., Baby S. A., Gunanathan C. et al. Novel intermolecular [3+2] cycloaddition reaction of carbonyl ylides with fulvenes: entry into the oxatetracy-clo[6.5.1.01,6.09’13]tetradecene ring system // Synlett. 2001. N 9. P. 1407-1410.

7. Nair V., Nandakumar M. V., Maliakal D. et al. 1,3-Dipolar cycloaddition reaction of nitrile N-oxides to 6-(2-phenylethenyl)fulvene jj Tetrahedron. 2GGG. Vol. 56. N 4G. P. 8GG1-8GG5.

8. Hong B.-C., Gupta A. K., Wu M.-F., Liao J.-H. Formal [6+3] cycloaddition of fulvenes with 2H-azirine: a facile approach to the [2]pyrindines system jj Tetrahedron Lett. 2GG4. Vol. 45. N 8. P. 1663-1666.

9. Hong B.-C., Gupta A. K., Wu M.-F. et al. Hetero [6+3] cycloaddition of fulvenes with N-alkylidene glycine esters: a facile synthesis of the delavayine and incarvillateine framework jj Org. Lett. 2GG3. Vol. 5. N 1G. P. 1689-1692.

1G. Hong B.-C., Wu J.-L., Gupta A. K. et al. Azadiene Diels-Alder cycloaddition of fulvenes: a facile approach to the [1]pyrindine system jj Ibid. 2GG4. Vol. 6. N 2G. P. 3453-3456.

11. Поваров Л. С. a,P-Ненасыщенные эфиры и их аналоги в реакциях диенового синтеза jj Усп. химии. 1967. T. 36. № 9. C. 656-675.

12. Yadav J. S., Reddy B. V. S., Reddy J. S. S., Rao R. S. Aza-Diels-Alder reactions in ionic liquids: a facile synthesis of pyrano- and furanoquinolines jj Tetrahedron. 2GG3. Vol. 59. N 9. P. 1599-16G4.

13. Stevenson P. J., Graham I. Unprecedented regio and stereocontrol in Povarov reaction of benzylidene-(3-nitrophenyl)amine jj ARKIVOC. 2GG3. Vol. 7. N 7. P. 139-144.

14. Xia M., Lu Y.-D. Molecular iodine-catalyzed imino-Diels-Alder reactions: efficient one-pot synthesis of pyrano[3,2-c]quinolines jj Synlett. 2GG5. N 15. P. 2357-2361.

15. Powell D. A., Batey R. A. Lanthanide(III)-catalyzed multi-component aza-Diels-Alder reaction of aliphatic N-arylaldimines with cyclopentadiene jj Tetrahedron Lett. 2GG3. Vol. 44. N 41. P. 7569-7573.

16. BaЪy G., Nagarajan R., Natarajan R., Perumal P. T. Indium trichloride-catalyzed imino Diels-Alder reactions: synthesis of new indolylquinoline derivatives jj Synthesis. 2GGG. N 5. P. 661-666.

17. KдЪayashi S., Ishitani H., Nagayama S. Lanthanide triflate catalyzed imino Diels-Alder reactions; convenient syntheses of pyridine and quinoline derivatives jj Ibid. 1995. P. 1195-12G2.

18. Alcaide B., Almendros P., Alonso J. M. et al. Dual behavior of 2-azetidinone-tethered arylimines as azadienophiles or azadienes. Application to the asymmetric synthesis of indolizidine-type systems jj Synlett. 2GG1. N 1G. P. 1531-1534.

Принято к публикации 22 сентября 2008 г.