Исследование свойств продуктов циклизации алициклического 1,5,9-трикетона
Структура соединения 27 предложена на основании масс-спектра и литературных данных о том, что 1,5-дикетоны в реакции Чичибабина образуют пиридиновые основания.
Мы предполагаем, что образование соединений 26 и 27 идет на основе промежуточного продукта циклизации – соединения 19, который в реакции Чичибабина согласно общепринятой схеме [26, 27] образует промежуточный продукт а. В результате д
испропорционирования а получается соединение 27, промежуточный енамин b, а из него - соединение 26:
Схема 9
Соединение 27 является основным продуктом в реакции Чичибабина с трикетоном 2:
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Материалы и методы
ИК спектры снимали на спектрофотометре Spectrum BX-II (“Perking Elmer”) в таблетках KBr и растворах CCI4, CH2CI2, CHCI3. Спектры 1Н ЯМР и 13С записывали на приборе Bruker WM 250 в CDCI3 и в C6D6. Для идентификации сигналов и их отнесения использовались методики J-модуляции. Хроматограммы веществ и масс-спектры были получены на газовом хроматографе Agilent GC/MS 5973 N (“Hewlett Packard”, США), колонка: HP-5MS, газ носитель – гелий, скорость потока 1 мл/мин, сканирование масс в диапазоне 50-500 m/z, температура колонки - 200° С, температура инжектора - 200° С. Значения m/z молекулярных ионов для всех синтезированных соединений соответствовали рассчитанным значениям молекулярных масс. Данные элементного анализа получены на CHN- анализаторе “Flash EA 1112 Series” фирмы Thermo Finnigan.
1. Синтез 20,21-диоксагексацикло[10.8.2.01,6.08,19.08,22.014,19]-докозан-22-ола (5).
Во всех синтезах использовалась трехгорлая колба с обратным холодильником, капельной воронкой и термометром, доходящим почти до дна колбы.
Конденсация циклогексанона с формальдегидом в соотношении 2-3:1.
Метод Тиличенко [1]. Смесь 6,1 мл (0,06 моль) циклогексанона и 6 мл 0,2н спиртового раствора NaOH нагрели до 55°С и по каплям добавили 2,3 мл (0,03 моль) формальдегида. Смесь сразу разогрелась до 78°С и закипела. Через 5 мин кипение прекратилось и реакционная смесь перемешивалась при 70-73°С в течении 15 мин, а затем охлаждалась до комнатной температуры. При этом наблюдалось выпадение осадка. Всего реакция продолжалась 1 час. После этого реакционную смесь нейтрализовали уксусной кислотой, осадок отфильтровали, промыли 2-3 мл этанола и водой. Выход 0,7 г (7,3%).
Метод Плешека [7]. К смеси 3,2 мл (0,03 моль) циклогексанона, 1,15 мл (0,015 моль) формальдегида и 3,1 мл метанола при перемешивании по каплям добавили раствор, состоящий из 0,7 г КОН в 3,1 мл СН3ОН (4н раствор). Смесь разогрелась до 30 °С и пожелтела. При дополнительном нагреве до 70 °С смесь закипела и при этой температуре перемешивалась в течение 30 мин, а затем охлаждалась до комнатной температуры. При этом наблюдалось выпадение осадка. Всего реакция шла час. Реакционную смесь нейтрализовали уксусной кислотой, осадок отфильтровали, промыли 2-3 мл этанола и таким же количеством воды. Выход 0,4 г (8,4 %).
Если вместо метанола ввести в реакцию такое же количество этанола, то при добавлении раствора КОН в С2Н5ОН смесь разогревается до 40 °С, а выход продукта увеличивается до 0,45 г (9,5 %).
Метод Колонжа [2]. Смешали 49 мл (0,48 моль) циклогексанона, 5 г (0,24 моль) параформа. При перемешивании по каплям добавили 2н раствор, состоящий из 16 мл СН3ОН и 0,74 г Na. Смесь мгновенно разогрелась до 80-85 °С, пожелтела и закипела, параформ начал растворяться. Через 10 минут температура медленно начала падать, а смесь охлаждаться до комнатной температуры. Наблюдали выпадение осадка. Всего реакция шла 1 час. После этого реакционную смесь нейтрализовали уксусной кислотой, осадок отфильтровали (фильтрат 1), промыли 10 мл этанола и небольшим количеством воды. Выход 6,6 г (13 %). Т.пл.=193 °С (из диметилового эфира диэтиленгликоля).
Фильтрат 1 по данным ГЖХ представляет собой бициклический продукт 1 (2 изомера) и его циклическую форму 3 (2 изомера), а также примесь трикетона 2 и двух стереоизомеров продукта 5 (соотношение см. в главе обсуждение результатов).
Из фильтрата 1 в вакууме водоструйного насоса при нагревании на водяной бане было отогнано 10 мл смеси спирта и циклогексанона. При охлаждении из остатка выпало 0,5 г кетола 3 (1,5 %). Оставшийся мутный раствор экстрагировали эфиром. Экстракт промыли водой, высушили MgSO4. Эфир отогнали, остаток (19,2 г) перегнали в вакууме. Получили 8,2 г МДЦГ 1 (23,5 %) и 7 мл циклогексанона. Масса не перегнанного остатка – 2,3 г.
Данные ГЖХ-МС 5: в.у.13.38; m/z (I отн.,%): 318 (2) [М]+ , 300 (100) [М1=М-Н2О]+, 220 (57) [М-С6Н10О]+, 190 (37,5) [М1-С6Н8О-СН2]+, 123 (21) [М-(С6Н10О)2+1]+, 110 (52) [С6Н8О-СН2]+, 98 (62,5) [С6Н10О]+, 79 (25), 67 (30), 55 (36). С20Н30О3. Вычислено М 318.
ИК спектр (KBr, n, см-1): 3388.70 (ОН).
2. Термическая дециклизация соединения 5 в трикетон 2 (А) и обратная циклизация под действием щелочи (Б)
А. 0,1 г соединения 5 нагревали в пробирке на металлической бане 5 минут при 193 °С. Расплав по данным ГЖХ представляет собой смесь пяти стереоизомерных трикетонов 2 с в.у. 22.87, 22.99, 23.12, 23.42, 24.10 и соотношением (в %) 15.7:15.5:20.5:40.7:7.6.
Б. При обработке расплава, полученного в опыте А, 2 мл 1н спиртового раствора NаОН уже через несколько минут наблюдается образование кристаллического осадка, который отфильтровали через 1 час (фильтрат 1), промыли 1 мл этанола, подкисленным уксусной кислотой, потом водой до нейтральной реакции и снова этанолом. Получили количественный выход исходного продукта 5. Идентифицирован по ГЖХ-МС.
Фильтрат по данным ГЖХ представляет собой смесь двух стереоизомеров соединения 5 и примеси продуктов распада.
3. Дегидратация соединения 5 под действием уксусной кислоты
В круглодонной колбе, снабженной обратным холодильником, смешивали 2 г (0,0063 моль) соединения 5 и 10 мл уксусной кислоты. Смесь нагревали до кипения на масляной бане (Т. бани 130 °C) и выдерживали при такой температуре 20-30 мин. Затем в вакууме водоструйного насоса отогнали 5 мл кислоты. Остаток нейтрализовали раствором соды. Выпавший белый кристаллический осадок отфильтровали. Выход соединения 6 1,58 г (84 %).
9-Оксапентацикло[15.3.1.0.1,10.03,8.010,15]эйкоз-3(8)-ен-21-он (22), бесцветные кристаллы, Т.пл. 107-108 °С.
Данные ГЖХ-МС: в.у. 14.37; m/z (I отн.,%): 300 (100) [М]+, 288 (20), 239 (37), 173 (25), 91 (24). Вычислено М 300.
ИК спектр (КВr, n, см-1): 1714.8 (С=О, циклогексановое кольцо).
Спектр ЯМР 13С (CDCI3, d, м.д.): 217.10 (С=О), 142.60 (С8), 103.82 (С3), 82.04 (С10), 51.76 (С1), 46.38 и 39.74 (С15 и С17), 20.94, 21.54, 22.95, 23.09, 25.95, 26.88, 27.31, 27.75, 27.97, 31.98, 35.45, 36.36, 37.85 (13 СН2).
Найдено, %: С 79,82, Н 9,55. C20H28O2. Вычислено, %: С 80,0, Н 9,33.
4. Реакция Лейкарта
А. Соединение 5 в реакции Лейкарта.
В трехгорлую колбу, снабженную нисходящим холодильником и термометром до дна колбы, поместили 5 мл (0,126 моль) формамида и нагрели его на масляной бане до 165 °С. Из воронки порциями начали добавлять к нему смесь 2,5 г (0,0079 моль) соединения 5 в 5-6 мл 85%-ной муравьиной кислоты, отгоняя при этом кислоту. Смесь кипятили при 170-180 °С до прекращения отгонки кислоты (2 мл). Всего реакция заняла 1 час. При охлаждении наблюдали выпадение кристаллов. Смесь оставляли на ночь при комнатной температуре. Выпавшие кристаллы (1) отфильтровали (фильтрат 1), промыли петролейным эфиром. Выход соединения 23 1,53 г (59 %) Из фильтрата 1 упарили формамид при уменьшенном давлении, остаток разбавили водой. Выпавший осадок отфильтровали (2), а оставшийся фильтрат экстрагировали серным эфиром. Выход соединения 24 0,19 г (8 %).
Скачать реферат