1,3,4,6-ТЕТРАКАРБОНИЛЬНЫЕ  СИСТЕМЫ  В  ХИМИИ  И  ХИМИЧЕСКОЙ  ТЕХНОЛОГИИ.  СООБЩЕНИЕ  2.  ПОЛУЧЕНИЕ  И  ИССЛЕДОВАНИЕ  ОСОБЕННОСТЕЙ  СТРОЕНИЯ  1,6-ДИАЛКИЛПРОИЗВОДНЫХ  1,3,4,6-ТЕТРАОКСОГЕКСАНА

Козьминых  Елена  Николаевна

д-р  фарм.  наук,  профессор  кафедры  химии  Пермского  государственного  гуманитарно-педагогического  университета,  РФ,  г.  Пермь

E-mail:  

Муковоз  Пётр  Петрович

канд.  хим.  наук,  старший  научный  сотрудник  Института  клеточного  и  внутриклеточного  симбиоза  Оренбургского  отделения  УрО  РАН,  РФ,  г.  Оренбург

E -mail:  mpp27@mail.ru

Козьминых  Владислав  Олегович

д-р  хим.  наук,  профессор,  зав.  кафедрой  химии  Пермского  государственного  гуманитарно-педагогического  университета,  РФ,  г.  Пермь

E-mail:  

1,3,4,6-TETRACARBONYL  SYSTEMS  IN  CHEMISTRY  AND  CHEMICAL  TECHNOLOGY.  PART  2.  PREPARATION  AND  FINE  STRUCTURE  INVESTIGATION  OF  1,3,4,6-TETRAOXOHEXANE  1,6-DIALKYL  DERIVATIVES

Elena  Kozminykh

doctor  of  Pharmaceutical  Sciences,  Professor  of  the  Chemical  Section  of  Perm  State  Humanitarian  Pedagogical  University,  Russia,  Perm

Peter  Mukovoz

candidate  of  Chemical  Sciences,  Senior  Scientific  Collaborator  of  Institute  for  Cellular  and  Intracellular  Symbiosis  of  Orenburg  Section  of  the  Urals  Division  of  Russian  Academy  of  Sciences,  Russia,  Orenburg

Vladislav  Kozminykh

doctor  of  Chemical  Sciences,  Professor,  Head  of  the  Chemical  Section  of  Perm  State  Humanitarian  Pedagogical  University,  Russia,  Perm

Исследование  выполнено  в  рамках  проектов  РФФИ  №  15-03-05492  и  №  15-03-08038. 

АННОТАЦИЯ

1,6-Диалкилпроизводные  1,3,4,6-тетраоксогексана  (3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионы)  получены  конденсацией  Клайзена  алкилметилкетонов  с  диэтилоксалатом  в  присутствии  метилата  натрия.  С  помощью  спектральных  методов  исследования  выявлены  семь  таутомерных  форм,  обсуждаются  кольчато-цепные  и  кольчато-кольчатые  интерконверсии  в  растворах  синтезированных  тетракетонов. 

ABSTRACT

1,3,4,6-Tetraoxohexane  1,6-dialkyl  derivatives  (3,4-dihydroxy-2,4-hexadiene-1,6-diones)  are  prepared  by  the  Claisen  condensation  of  alkyl  methyl  ketones  with  diethyl  oxalate  in  presence  of  sodium  methylate.  Seven  tautomers  are  found  out  by  spectral  investigation,  and  ring-chain  or  ring-ring  interconversions  in  solutions  of  synthesized  tetraketones  are  discussed. 

Ключевые  слова:   Конденсация  Клайзена;  алкилметилкетоны;  диэтилоксалат;  1,6-диалкилпроизводные  1,3,4,6-тетраоксогексана  (3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионы);  таутомерные  формы;  цепные  и  кольчатые  интерконверсии. 

Keywords:   Claisen  condensation;  alkyl  methyl  ketones;  diethyl  oxalate;  1,3,4,6-tetraoxohexane  1,6-dialkyl  derivatives  (3,4-dihydroxy-2,4-hexadiene-1,6-diones);  tautomeric  forms;  chain  and  ring  interconversions. 

1,3,4,6-Тетракарбонильные  системы  (ТКС)  успешно  используются  в  синтетической  органической  химии  и  химической  технологии  [2—10].  В  первом  сообщении  серии  «1,3,4,6-Тетракарбонильные  системы  в  химии  и  химической  технологии»  нами  были  представлены  результаты  квантово-химических  расчётов  двух  линейных  и  одной  кольчатой  таутомерных  форм  начального  представителя  1,3,4,6-тетракарбонильных  систем  —  октан-2,4,5,7-тетраона  [6]. 

В  настоящей  работе  описана  технология  получения  1,6-диалкилпроизводных  1,3,4,6-тетраоксогексана  (3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов)  конденсацией  Клайзена  алкилметилкетонов  с  диэтилоксалатом  в  присутствии  метилата  натрия  и  обсуждаются  особенности  строения  тетракетонов  в  твёрдом  состоянии  и  растворах. 

Сложноэфирная  конденсация  Клайзена  арилметилкетонов  с  диэтилоксалатом  в  присутствии  оснований  приводит  к  образованию  1,6-диарилпроизводных  1,3,4,6-тетраоксогексанов  [2;  3;  10].  Среди  известных  ТКС  до  наших  исследований  наименее  изученными  оставались  1,6-диалкилпроизводные,  особенности  строения  которых  ранее  не  обсуждались.  Сведения  о  1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанах  ограничивались  краткими  данными  по  синтезу  соединений,  имеющих  в  своём  составе  одинаковые  алкильные  заместители  [5]. 

С  целью  получения  и  исследования  строения  алкилпроизводных  ТКС  нами  проведена  реакция  алкилметилкетонов  с  диэтилоксалатом  и  метилатом  натрия  при  соотношении  реагентов  2:1:2  с  последующим  подкислением  реакционной  смеси,  в  результате  чего  с  удовлетворительными  выходами  получены  1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексаны  1a-d  (рис.  1,  табл.  1).  С  помощью  спектральных  методов  у  соединений  1a-d  обнаружено  несколько  таутомерных  форм  A-F  (рис.  1,  табл.  2). 

1,6-Диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексаны  1a-d  в  твёрдом  состоянии  и  неполярных  растворах  (например,  хлороформе)  находятся  полностью  (твёрдая  фаза)  или  преимущественно  (раствор)  в  линейной  диоксодиенольной  форме  В.  Это  хорошо  согласуется  с  имеющимися  литературными  данными  по  1,6-диарилпроизводным  1,3,4,6-тетракетонов  [2;  10].  Так,  в  ИК  спектрах  кристаллов  соединений  1  широкая  полоса  карбонильных  групп,  связанных  в  два  сопряжённых  ОН-хелатных  кольца,  наблюдается  в  низкочастотной  области  —  не  более  1600  см^-1. 

R¹=R²=CH₃  (1a);  R¹=R²=C₂H₅  (1b);  R¹=R²=C₃H₇  (1c);  R¹=C₂H₅,  R²=C₃H₇  (1d)

Рисунок  1.  Получение,  структурное  разнообразие  и  таутомерия  1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанов  (1a -d)

Характеристическим  маркерным  сигналом  в  спектрах  ЯМР  ¹H  соединений  1a-d,  снятых  в  дейтерохлороформе,  является  синглет  метинового  протона  C(2,5)H  преобладающей  формы  B,  находящийся  в  узком  интервале  значений  химических  сдвигов  —  6,33—6,34  м.д.  (табл.  2). 

В  полярных  растворах  (ацетоне,  диметилсульфоксиде  —  ДМСО)  у  соединений  1a-d,  судя  по  данным  спектроскопии  ЯМР  ¹Н,  присутствует  или  количественно  преобладает  (ДМСО)  кольчатая  оксофурановая  форма  С,  находящаяся  в  подвижном  кольчато-цепном  таутомерном  равновесии  с  линейной  формой  В.  В  случае  1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанов  с  различающимися  алкильными  заместителями  (соединение  1d)  в  растворе  ДМСО-d₆  имеются  обе  возможные  кольчатые  формы  С1  и  С2  (рис.  1).  Кольчато-кольчатая  интерконверсия  между  формами  С1  и  С2  осуществляется  через  линейную  форму  В  (С1ВС2).  Наличие  этой  интерконверсии  согласуется  с  литературными  данными  [1;  11]. 

Таблица  1. 

Характеристики  1,6-диалкил-1,3,4,6-тетраоксогексанов  (1,6-диалкил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов)  (1a -d)

Таблица  2. 

Сигналы  маркерных  протоносодержащих  групп  в  спектрах  ЯМР  ¹Н  (δ,  м.д.,  ТМС)  соединений  1a -d

Таким  образом,  соединения  1a-d  представлены  двумя  отличающимися  друг  от  друга  классами  структур  —  линейной  В  и  кольчатой  С.  Кроме  преобладающих  форм  В  и  С  в  спектрах  ЯМР  ¹Н  тетракетонов  1a-d  также  обнаружены  минорные  таутомерные  формы  A,  D,  E,  F  в  количестве  не  более  3%,  причём  форма  F  обнаружена  в  дейтерохлороформе  (табл.  2). 

Сигналы  одноименных  протоносодержащих  групп  (парных  этильных,  пропильных,  метиновых,  метиленовых)  в  спектре  ЯМР  ¹Н  соединения  1d,  записанного  в  ДМСО-d₆  (два  региоизомера  С1и  С2),  являются  магнитно  эквивалентными  и  не  отличаются  по  химическому  сдвигу.  Этот  факт  является  неожиданным,  но  сравнительно  незначительные  отличия  в  значениях  индуктивных  эффектов  этильной  (+I,  6,30)  и  пропильной  (+I,  6,68)  групп  позволяют  судить  об  отсутствии  существенного  влияния  на  положение  основных  маркерных  протонов  в  структурах  С1  и  С2  (табл.  2). 

Экспериментальная  химическая  часть

ИК  спектры  тетракетонов  1  записаны  на  спектрофотометре  "Инфралюм  ФТ-02"  в  пасте  твёрдого  вещества  в  вазелиновом  масле.  Спектры  ЯМР  ¹H  соединений  1  получены  на  приборе  "MERCURYplus-300"  (300,05  МГц)  в  ДМСО-d6  и  СDCl₃,  внутренний  стандарт  —  тетраметилсилан  (ТМС).  Протекание  реакций  контролировалось,  а  индивидуальность  полученных  веществ  подтвер­ждена  методом  ТСХ  на  пластинках  Silufol  UV-254  в  системе  гексан–ацетон,  3:1,  хроматограммы  проявлены  парами  йода.  Константы  и  выходы  соединений  1a-d  приведены  в  табл.  1,  а  спектральные  характеристики  —  в  табл.  2. 

Общая  методика  получения  1,6-дизамещённых  3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов  (1a-d). 

К  100  мл  метанола,  предварительно  перегнанного  над  натрием,  добавляют  порциями  1,15  г  (50  ммоль)  натрия,  метанол  отгоняют,  к  сухому  метилату  натрия  добавляют  150  мл  абсолютного  диэтилового  эфира,  при  охлаждении  и  перемешивании  прибавляют  по  каплям  смесь  3,7  мл  (50  ммоль)  ацетона  (для  синтеза  соединения  1а),  4,4  мл  (50  ммоль)  бутанона  (для  синтеза  соединения  1b),  5,3  мл  (50  ммоль)  2-пентанона  (для  синтеза  соединения  1с)  или  2,2  мл  (25  ммоль)  бутанона  и  2,7  мл  (25  ммоль)  2-пентанона  (для  синтеза  соединения  1d),  3,4  мл  (25  ммоль)  диэтилоксалата  и  нагревают  0,5—2  часа.  Осадок  отфильтровывают,  добавляют  при  перешивании  и  охлаждении  15  мл  15  %  соляной  кислоты,  продукт  кристаллизуют  из  этилацетата.  Получают  бесцветные  кристаллы  соединений  1a-d. 

(3 Z,5Z)-4,5-Дигидроксиокта-3,5-диен-2,7-дион  (1a).  Выход  2,35  г  (34  %),  т.  пл.  118-120  °С  (лит.:  122—123  °С  [5]).  Найдено,  %:  С  56,72;  Н  6,24.  С₈Н₁₀О₄.  Вычислено,  %:  С  56,47;  Н  5,92.

(4 Z,6Z)-5,6-Дигидроксидека-4,6-диен-3,8-дион  (1b).  Выход  1,90  г  (33  %),  т.  пл.  76—78  °С  (лит.:  75—76  °С  [5]).  Найдено,  %:  С  60,87;  Н  7,45.  C₁₀H₁₄O₄.  Вычислено,  %:  С  60,59;  Н  7,11. 

(5 Z,7Z)-6,7-Дигидроксидодека-5,7-диен-4,9-дион  (1с).  Выход  4,0  г  (43  %),  т.  пл.  58—60  °С.  ИК  спектр,  n,  см^-1  (форма  В):  3253  (ОH  _хелат),  3097  (CH),  2962  ν_as  (CH₃),  2932  ν_as  (CH₂),  2896  ν_s  (CH₃),  2872  ν_s  (CH₂),  1556  шир.  (С(1,6)=O  _хелат),  1460  δ_as  (CH₃),  1397  d_{крутильные}  (CH₂),  1353  δ_s  (CH₃),  1285  d_{веерные}  (CH₂),  1142,  1094,  1070,  1036,  942,  903,  873  ν_{скелетные}  (C-C),  793  δ_{маятниковые}  (CH₃),  579  ν_{скелетные}  (C-C).  Найдено,  %:  С  63,92;  Н  8,33.  C₁₂H₁₈O₄.  Вычислено,  %:  С  63,69;  Н  8,02. 

(4 Z,6Z)-5,6-Дигидроксиундека-4,6-диен-3,8-дион  (1d).  Выход  1,70  г  (37  %),  т.  пл.  103—105  °С.  Найдено,  %:  С  62,44;  Н  7,71.  C₁₁H₁₆O₄.  Вычислено,  %:  С  62,25;  Н  7,59.  ИК  спектр,  n,  см^-1  (форма  В):  3250  (ОH  _хелат),  3098  (CH),  2963  ν_as  (CH₃),  2924  ν_as  (CH₂),  2873  ν_s  (CH₃),  2853  ν_s  (CH₂),  1556  шир.  (С(1,6)=O_хелат),  1461  δ_as  (CH₃),  1399  d_{крутильные}  (CH₂),  1375  δ_s  (CH₃),  1288  d_{веерные}  (CH₂),  1137,  1092,  1047,  1000,  875,  801  ν_{скелетные}  (C-C),  783  δ_{маятниковые}  (CH₃),  573  ν_{скелетные}  (C-C). 

Список  литературы:

1.Зеленин  К.Н.,  Алексеев  В.В.,  Пихлайя  К.,  Овчаренко  В.В.  Молекулярный  дизайн  таутомерных  интерконверсий  гетероциклов  //  Известия  Академии  Наук.  Серия  химичесская.  —  2002.  —  №  2.  —  С.  197—212. 

2.Игидов  Н.М.,  Козьминых  Е.Н.,  Софьина  O.A.,  Широнина  T.M.,  Козьминых  В.О.  1,3,4,6-Тетракарбонильные  соединения.  Синтез,  особенности  строения  и  противомикробная  активность  1,6-диаpил-3,4-дигидpокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов  //  Химия  гетероциклических  соединений.  —  1999.  —  №  11.  —  С.  1466—1475. 

3.Кириллова  Е.А.,  Муковоз  П.П.,  Виноградов  А.Н.,  Козьминых  В.О.,  Дворская  О.Н.  Синтез,  особенности  строения  и  таутомерия  1,6-дизамещённых  3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов  //  Известия  высших  учебных  заведений.  Химия  и  химическая  технология.  Иваново:  ИГХТУ,  —  2011.  —  Т.  54.  —  №  4.  —  С.  18—22. 

4.Козьминых  В.О.  Современные  достижения  в  химии  и  химической  технологии  активированных  O,N-гетеро-1,3-диеновых  систем:  синтез,  строение  1,3,4,6-тетракарбонильных  cоединений  и  их  производных  //  Технические  науки  –  от  теории  к  практике.  Материалы  XIX  международной  заочной  науч.-практ.  конф.,  Новосибирск,  20  марта  2013  г.  Новосибирск:  изд-во  "СибАК",  —  2013.  —  №  19.  —  С.  96—108. 

5.Козьминых  В.О.,  Гончаров  В.И.,  Козьминых  Е.Н.  Конденсация  Клайзена  метилкетонов  с  диалкилоксалатами  в  синтезе  биологически  активных  карбонильных  соединений  (обзор,  часть  3)  //  Вестник  Оренбургского  гос.  ун-та.  Оренбург,  —  2007.  —  Вып.  5  (69).  —  С.  138—148. 

6.Козьминых  В.О.,  Круглова  А.А.,  Голуб  Е.Е.  1,3,4,6-Тетракарбонильные  системы  в  химии  и  химической  технологии.  Сообщение  1.  Квантово-химические  расчёты  молекулы  октан-2,4,5,7-тетраона  //  Технические  науки  —  от  теории  к  практике.  Сборник  статей  по  материалам  XXXIX  международной  науч.-практ.  конф.,  Новосибирск,  22  октября  2014  г.  Новосибирск:  изд-во  "СибАК",  —  2014.  —  №  10  (35).  —  С.  134—145. 

7.Козьминых  В.О.,  Муковоз  П.П.,  Козьминых  Е.Н.  Современное  состояние  и  перспективы  исследования  O,N-гетеро-1,3-диеновых  систем,  сопряжённых  с  карбонильными  акцепторами,  их  линейных  и  кольчатых  производных:  диенолов  1,3,4,6-тетраоксосистем,  оксалильных  аналогов  поликетидов,  оксоилиденпроизводных  пятичленных  оксогетероциклов  //  Вестник  Пермского  государственного  гуманитарно-педагогического  университета.  Серия  №  2.  Физико-математические  и  естественные  науки.  Электронный  научный  журнал.  Пермь:  изд-во  ПГГПУ,  —  2013.  —  Вып.  1.  —  С.  90—103  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://vestnik2.pspu.ru/Series2_2014_1.pdf  (дата  обращения  19.10.2014). 

8.Муковоз  П.П.,  Тарасова  В.А.,  Козьминых  В.О.  Синтез  и  особенности  строения  метиловых  эфиров  3,4,6-триоксоалкановых  кислот  //  Журнал  органической  химии.  —  2014.  —  Т.  50.  —  №  11.  —  С.  1698—1700. 

9.Andreeva  V.A.,  Gorbunova  A.V.,  Mukovoz  P.P.,  Ganebnykh  I.N.,  Kruglova  A.A.,  Kozminykh  V.O.  Synthesis  of  ligands  based  on  1,3,4,6-tetraoxo  systems  for  the  three  nuclear  metal-chelate  coordination  //  Chemical  Physics  of  Molecules  and  Polyfunctional  Materials.  Russian-Japanese  Conference.  Proceedings.  Orenburg,  29—31  October  2014.  Orenburg:  OOO  IPK  "Universitet",  2014.  —  P.  92. 

10.Poje  M.,  Balenović  K.  3(2H)-Furanone  derivatives.  Ring-chain  tautomerism  in  the  1,3,4,6-tetraketone  series  //  Journal  of  Heterocyclic  Chemistry.  —  1979.  —  Vol.  16.  —  №  3.  —  Р.  417—420. 

11.Zelenin  K.N.,  Alekseyev  V.V.  Tautomeric  interconversions  of  heterocyclic  derivatives  //  Targets  in  Heterocyclic  Systems.  —  1997.  —  Vol.  1.  —  P.  83—116.