РЕГИОНАПРАВЛЕННАЯ  ТРЁХКОМПОНЕНТНАЯ  ОДНОРЕАКТОРНАЯ  КОНДЕНСАЦИЯ  МЕТИЛКЕТОНОВ  С  ДИЭТИЛОКСАЛАТОМ  И  АРОМАТИЧЕСКИМИ  АМИНАМИ

Бессонова  Елена  Николаевна

аспирант  кафедры  химии  естественнонаучного  факультета  Пермского  государственного  гуманитарно-педагогического  университета,  г.  Пермь

E-mail:  448474938@qip.ru

Козьминых  Владислав  Олегович

д-р  хим.  наук,  профессор,  заведующий  кафедрой  химии  естественнонаучного  факультета  Пермского  государственного  гуманитарно-педагогического  университета,  г.  Пермь

E-mail:  

REGIO-DIRECTED  ONE-POT  THREE-COMPONENT  CONDENSATION  OF  METHYL  KETONES  WITH  DIETHYL  OXALATE  AND  AROMATIC  AMINES

Bessonova  Elena  Nikolajevna

Graduate  student  of  Department  of  Chemistry,  Faculty  of  Natural  Science,  Perm  State  Humanitarian  Pedagogical  University,  Perm

Kozminykh  Vladislav  Olegovitch

Dr.  Chem.,  Professor,  Head  of  Department  of  Chemistry,  Faculty  of  Natural  Science,  Perm  State  Humanitarian  Pedagogical  University,  Perm

АННОТАЦИЯ

Конденсация  метилкетонов  с  диэтилоксалатом  в  присутствии  натрия  с  последующим  подкислением  и  добавлением  в  реакционную  смесь  ароматических  аминов  приводит  к  образованию  смеси  соединений,  которые  по  данным  хромато-масс-спектрометрии  являются  продуктами  нуклеофильной  атаки  аминов  по  двум  из  трех  возможных  электрофильных  центров  ацилпируватов. 

ABSTRACT

Condensation  of  methyl  ketones  with  diethyl  oxalate  in  presence  of  sodium  and  subsequent  acidification  by  adding  to  the  reaction  mixture  of  aromatic  amines  leads  to  the  formation  of  a  mixture  of  compounds,  which  according  to  GC-MS  are  the  products  of  nucleophilic  attack  of  two  of  the  three  possible  electrophilic  centres  of  acyl  pyruvates  by  amines. 

Ключевые  слова:  Оксалильные  конденсации;  однореакторные  трехкомпонентные  конденсации;  конденсации  метилкетонов  с  диэтилоксалатом  и  ароматическими  аминами;  масс-фрагментация  енаминопроизводных  оксобутановых  кислот. 

Keywords:  Oxalyl  condensations;  one-pot  three-component  condensations;  condensations  of  methyl  ketones  with  diethyl  oxalate  and  aromatic  amine;  mass  fragmentation  of  enamino  derivatives  of  oxobutanoic  acids. 

Оксалильные  конденсации  алкил(гетарил)метилкетонов  с  последующим  однореакторным  азосочетанием  с  хлоридом  арилдиазония  приводят  к  образованию  эфиров  3-арилгидразоно-4-алкил-2,4-диоксобутановых  кислот  (рисунок  1)  [4,  с.  239]. 

Рисунок  1.  Однореакторный  синтез  эфиров  3-арилгидразоно-4-алкил-2,4-диоксобутановых  кислот

Однореакторные  конденсации  метилкетонов  с  диалкилоксалатами  и  N-мононуклеофилами  ранее  не  были  изучены.  С  целью  исследования  возможности  протекания  реакции  с  участием  ароматических  аминов  нами  проведена  конденсация  эквимолярных  количеств  метилкетонов  с  диэтилоксалатом  в  присутствии  натрия  с  последующим  подкислением  и  добавлением  в  реакционную  смесь  ароматических  аминов  (рисунок  2). 

Рисунок  2.  Однореакторная  трехкомпонентная  конденсация  метилкетонов  с  диэтилоксалатом  и  ароматическими  аминами;  R  =  CH₃  (1а,  1б),  C₆H₅  (2а,  2б)

В  результате  нами  получены  препаративно  неразделимые  смеси  соединений,  которые  по  данным  хромато-масс-спектрометрии  являются  продуктами  нуклеофильной  атаки  аминов  по  двум  из  трех  возможных  электрофильных  центров  промежуточно  образующихся  в  результате  конденсации  Клайзена  ацилпируватов. 

Так,  конденсация  ацетона  с  диэтилоксалатом  и  п-толуидином  в  эквимолярных  количествах  приводит  к  образованию  смеси  этил(2Z)-2-[(4-метилфенил)амино]-4-оксопент-2-еноата  (1а)  и  этил(3Z)-4-[(4-метилфенил)амино]-2-оксопент-3-еноата  (1б).  В  результате  реакции  эквимолярных  количеств  ацетофенона  с  диэтилоксалатом  и  п-толуидином  образуется  смесь  этил(2Z)-2-[(4-метилфенил)амино]-4-оксо-4-фенилбут-2-еноата  (2а)  и  этил(3Z)-4-[(4метилфенил)амино]-2-оксо-4-фенилбут-3-еноата  (2б). 

Масс-спектр  соединений  1а  и  1б  под  действием  электронного  удара  приведен  на  рисунке  3.  Время  удерживания  t_r  11,510  мин. 

Масс-спектр  соединений  1а  и  1б,  m/z  (I_отн.,  %;  приведены  пики  с  I_отн>  5  %):  247  (19)  [M₁]⁺,  201  (8)  [M₂]⁺,  174  (100)  [M₁  –  COC₂H₅]⁺  или  [M₂  –  HCN]⁺,  158  (33)  [M₂  –  COCH₃]⁺,  132  (25)  [M₁  –  COC₂H₅  –  CH₃  –  CO]⁺,  130  (16)  [M₂  –  COCH₃  –CO]⁺,  117  (5),  105  (6)  [p-CH₃C₆H₃NH]⁺,  91  (30)  [CH₃C₆H₄]⁺,  89  (9),  77  (6)  [C₆H₅]⁺,  65  [C₅H₅]  (22),  63  [C₅H₃]  (6). 

Рисунок  3.  Масс-спектр  соединений  1а  и  1б  под  действием  электронного  удара

Направления  фрагментации  алифатических  енаминопроизводных  ацилпируватов  можно  представить  следующим  образом:  отщепление  алкоксильной  группы  сопровождается  последующей  перегруппировкой  и  образованием  хинолина.  При  отщеплении  сложноэфирной  группы  образуется  фрагментный  ион  F₁.  Дальнейшее  отщепление  метильной  группы  и  декарбонилирование  фрагментного  иона  F₁  приводит  к  образованию  фрагментного  иона  F_2.  Образование  иона  с  m/z  174  может  быть  обусловлено  как  элиминированием  сложноэфирной  группы,  так  и  потерей  молекулы  цианистого  водорода  хинолином  [6,  с.  354].  Интенсивный  ион  с  m/z  132  обусловлен  разрывом  связи  по  обе  стороны  кетогруппы  в  соединении  1б.

Общая  схема  масс-фрагментации  соединений  1а  и  1б  под  действием  электронного  удара  приведена  на  рисунке  4.

Рисунок  4.  Направления  масс-фрагментации  енаминопроизводных  ацилпируватов

Для  продуктов  2а  и  2б  выполнена  статистическая  обработка  данных,  полученных  в  результате  хромато-масс-спектрометрического  анализа.  Произведена  оценка  фактического  разброса  значений  интенсивностей  пиков  по  величинам  их  стандартных  отклонений  S_I  и  доверительных  интервалов  ΔI  с  заранее  заданной  надежностью:

(5)

t(α,  n–1)  коэффициенты  Стьюдента  для  надежности  α  =  0,95  и  числа  степеней  свободы  n–1, 

Ī  —  среднее  значение  интенсивности  пика, 

δI_отн  —  относительная  погрешность  интенсивности  пика  [5,  с.  24,  31]. 

В  таблице  1  приведен  статистически  обработанный  спектр  (n=3)  смеси  соединений  2а  и  2б,  а  также  продукта  их  перегруппировки  (указаны  значения  массовых  чисел  с  интенсивностью  I_отн.>5  %).  Данные  обрабатывались  в  программе  Microsoft  Exel  2010.

Таблица  1.

Результаты  статистической  обработки  трех  масс-спектров  (арил)енаминопроизводных  ацилпируватов

Где  х_i  —  номер  повтора,  Ī  —  средние  значение  интенсивности  пика,  δI_отн  —  относительная  погрешность  интенсивности  пика,  Ī  (%  ∑₅₁)  —  среднее  значение  интенсивности  пика  в  суммарном  ионном  токе,  ΔI  —  доверительные  интервалы  с  надежностью  α  =  0,95,  δI_отн(%∑₅₁)  —  относительная  погрешность  интенсивности  пика  в  суммарном  ионном  токе. 

Время  удерживания  t_r  для  х₁  18,063  мин,  для  х₂  18,059  мин,  для  х₃  18,052  мин.

В  целом  данные  имеют  удовлетворительную  воспроизводимость  —  значение  K=∑Ī*ΔI  равно  233.  Установлено,  что  значения  относительных  погрешностей  интенсивности  пиков  δI  с  относительными  интенсивностями  I_отн  >  10  %  составляют  4—17  %;  для  пиков  с  5<I_отн<10  %  δI  составляют  2—26  %,  что  также  соответствует  удовлетворительной  воспроизводимости  полученных  данных.  Коэффициент  корреляции  величин  δI_отн  и  δI_отн  (%∑₅₁)  равен  0,96,  это  свидетельствует  в  пользу  наличия  в  анализируемом  образце  компонентов  с  близкой  структурой  и  сходными  закономерностями  фрагментации  [1,  с.  36—39].

Направления  масс-фрагментации  соединений  2а  и  2б  приведены  на  рисунке  5.

Рисунок  5.  Масс-фрагментация  (арил)енаминопроизводных  ацилпируватов

Статистически  обработанный  масс-спектр  неразделимой  препаративно  смеси  соединений  2а  и  2б,  m/z  (Ī_отн.,  %;  приведены  пики  с  I_отн>  5  %):  309  (15,8)  [M₁]⁺,  263  (9,1)  [M₂]⁺,  237  (9,7)  [M₁  –  COOC₂H₅  –  H]⁺,  236  (55,6)  [M₁  –  COOC₂H₅]⁺,  158  (12,5)  [M₂  –  C₆H₅CO]⁺,  130  (5,7)  [M₁  –  COC₆H₅  -  H]⁺,  106  (7,9)  [M₁  –  C₁₂H₁₁O₃]⁺,  105  (100)  [C₆H₅CO]⁺или  [M₂  –  C₁₀H₈NO]⁺  или  [p-CH₃C₆H₃NH]⁺,  91  (15,4)  [p-CH₃C₆H₅]⁺,  89  (6,9),  78  (7,7),  77  (54,7)  [C₆H₅]⁺,  65  (15,6),  51  (8,7). 

Направления  фрагментации  (арил)енаминопроизводных  ацилпируватов  можно  представить  следующим  образом:  отщепление  алкоксильной  группы  с  последующей  перегруппировкой  и  образованием  хинолина.  Отщепление  сложноэфирной  группы  сопровождается  образованием  фрагментного  иона  Ф₁.  Дальнейшее  отщепление  ароматического  ядра  и  декарбонилирование  фрагментного  иона  Ф₁  приводит  к  образованию  фрагментного  иона  Ф_2. 

Таким  образом,  под  действием  электронного  удара  наблюдаются  сходные  процессы  перегруппировки  и  масс-фрагментации  енаминопроизводных  ацилпируватов.  Пики  фрагментных  ионов  Ф₁  и  F₁,  образовавшихся  в  результате  разрыва  связей  рядом  с  карбонильной  группой,  имеют  высокую  интенсивность  в  спектре,  что  соответствует  литературным  данным  [3,  с.  258].  Наличие  в  масс-спектрах  интенсивных  пиков  молекулярных  ионов  М₂⁺  и  фрагментных  ионов  [M₂–COR]⁺  также  соответствует  процессам  масс-фрагментации  хинолинов  [2,  c.  101—107],  [6,  с.  354].

Список  литературы:

1.Зенкевич  И.Г.,  Иоффе  Б.В.  Интерпретация  масс-спектров  органических  соединений.  Л.:  Химия,  1986.  176  с. 

2.Козьминых  В.О.,  Кириллова  Е.А.,  Гончаров  В.И.,  Голоцван  А.В.  Трёхкомпонентная  тандемная  гетероциклизация  ацетофенона  с  диэтилоксалатом  и  м-аминофенолом  —  новый  метод  получения  7-гидрокси-4-фенилхинолин-2-карбоновой  кислоты  //  Вестник  Оренбургскогогос.  ун-та.  Оренбург,  апрель  2008.  Вып.  85.  С.  101—107.

3.Лебедев  А.Т.,  Масс-спектрометрия  в  органической  химии.  М.:  БИНОМ.  Лаборатория  знаний,  2003.  493  с.

4.Левенец  Т.В.,  Козьминых  В.О.,  Виноградов  А.Н.,  Козьминых  Е.Н.  Однореакторное  азосочетание  в  системе  алкилметилкетоны  —  диэтилоксалаты:  синтез  эфиров  2,4-диоксо-3-(арилгидразоно)алкановых  кислот,  их  строение  и  химические  превращения  //  Успехи  синтеза  и  комплексообразования:  Вторая  Всерос.  научн.  конф.  с  междунар.  участием,  посвященная  95-летию  со  дня  рождения  проф.  Н.С.  Простакова.  Москва,  2012.  С.  239.

5.Чарыков  А.К.  Математическая  обработка  результатов  химического  анализа:  Учеб.  пособие  для  вузов.  Л.:  Химия,  1984.  168  с. 

6.Ernö  Pretsch,  Philippe  Bühlmann,  Martin  Badertscher,  Spektroskopische  Daten  zur  Strukturaufklärung  organischer  Verbindungen.  Springer-Verlag.  Berlin,  Heidelberg,  2010.  439  S.