Диссертация (1150389), страница 7
Текст из файла (страница 7)
(J =9.4-10.3, 5.1-5.8 Гц). Во всех протонных спектрах имеются сигналы протонов пиррольногоцикла, а также, этильной группы сложноэфирного фрагмента: триплет в области 1.40-1.41(3Н) и квартет со сдвигом 4.40 м.д. (2Н, J = 7.1 Гц). В спектрах ЯМР13С присутствуют 3сигнала атомов изоксазолинового цикла со сдвигами в областях 38.5-39.5, 87.0-87.2, 150.7151.0 м.д. Присутствует и сигнал карбонильного атома углерода с химическим сдвигомоколо 160 м.д. В ИК-спектрах присутствует интенсивная полоса поглощения в области1721-1723 см-1, отвечающая валентным колебаниям связи С=О сложноэфирной группы.Масс-спектры высокого разрешения и данные элементного анализа подтверждают составполученных соединений.В случае как арилнитрилоксида, так и этоксикарбонилнитрилоксида, о том, чтообразуется именно 5-пирролилзамещенный изоксазолин можно однозначно судить поданным ЯМР спектров.
Для 4-пирролилзамещенного изоксазолина сигналы метиленовыхпротонов изоксазолинового цикла должны находиться в области более слабого поля, аметинового протона, в области более сильного поля.После того, как полученные нами данные были опубликованы [110] появилась Вработе [111], в которой было проведено теоретическое исследование реакции Nвинилтетрагидроиндола 1a c нитрилоксидом 3а методом DFT (B3LYP/6-31G(d)). Поданнымквантово-химическихрасчетовобразование5-пирролилзамещенногоизоксазолина является более выгодным как с точки зрения кинетики (ΔΔGTS = 7ккал/моль), так и с точки зрения термодинамики (ΔΔGP = 5.9 ккал/моль). Предполагается,что значительное различие в энергии обусловлено стерическим напряжением из-заблизости пиррольного и арильного фрагмента при образовании 4-метиленизоксазолидина.На основании рассчитанных в работе значений индексов глобальной электрофильности,ω, и нуклеофильности, N, можно заключить, что нитрилоксид 3а является среднимэлектрофилом (ω = 1.45) и средним нуклеофилом (N = 2.78), в то время как 1a являетсяслабым электрофилом (ω = 0.69) и сильным нуклеофилом (N = 3.79).
Таким образом, вданной реакции 1а выступает в качестве нуклеофила, в то время как 3а в качествеэлектрофила. Кроме того, на основании топологического анализа функции локализации47электрона (ELF) авторы предполагают для данного процесса несогласованный цвиттерионный механизм при котором образование O1-C5 происходит после образования связиС3-С4.2.3.2 Циклоприсоединение азометиниминов к N-винилпирроламДля реакции винилпиррола 1a с азометинимином 5d были рассмотрены три вариантаусловий проведения циклоприсоединения (Таблица 2.3).Таблица2.3.Варьированиеусловийприсоединенияазометиниминак5dвинилпирролу 1a.№Способ нагрева1микроволновыйТемпература,°С150хлорбензолВремя,ч1.5Суммарный выход27d и 27d', %852конвекционный150анизол2.5603конвекционный150безрастворителя143РастворительИспользование микроволнового способа нагрева позволило несколько сократитьвремя реакции и увеличить выход.
Реакционная смесь была чище, чем при конвекционномспособе нагрева. Соотношение диастереомеров во всех случаях составляло 1.5:1, спреобладанием транс-изомера.Поэтому,далеециклоприсоединениеазометиниминов5a-dпроводилосьсиспользованием микроволнового способа нагрева при 150 °C в хлорбензоле.48Таблица2.4.1,3-Диполярноециклоприсоединениеазометиниминов5a-dкN-винилпирролам.№12345678910Время,ПродуктычR1=R2=(CH2)4H1,527a, 27a'R1=R2=(CH2)4OMe327b, 27b'R1=R2=(CH2)4Cl1,527c, 27c'R1=R2=(CH2)4Me1,527d, 27d'PhHH527e, 27e'PhHOMe727f, 27f'PhHCl527g, 27g'PhHMe427h, 27h'2-тиенилHH527i, 27i'2-тиенилHMe527j, 27j'11– По спектрам ЯМР H реакционной смесиR1R2R3Соотношениетранс:цис11.4:11.3:11.2:11.5:11.7:11.3:11.3:11.6:11.7:12:1Выходтранс, %32324057453622383156Выходцис, %32294128221825211822Было установлено, что присоединение азометиниминов 5a-d к N-винилпирролам 1ac протекает региоселективно с образованием смеси диастереомерных пиразоло[1,2a]пиразолонов 27 в которой преобладает транс-аддукт (Таблица 2.4).
Разделение иочистка продуктов реакции осуществлялись с помощью колоночной хроматографии насиликагеле с элюированием смесью хлористый метилен/метанол 60/1. Для установлениястроения и состава полученных соединений были использованы спектральные методы имасс-спектрометрия высокого разрешения.В спектрах ЯМР 1Н (раствор СDCl3) аддуктов 27a-j присутствуют сигналы протоновтрех метиленовых групп пиразоло[1,2-a]пиразолонового фрагмента – уширенныемультиплеты в области 2.00-3.50 м.д., и двух метиновых протонов – уширенныемультиплеты в областях 4.00-4.20 м.д. и 6.00-6.20 м.д. Кроме того, во всех спектрахприсутствуют сигналы протонов пиррольного фрагмента: для аддуктов 27а-d два дублетас химическими сдвигами 6.06 м.д.
и 6.84-6.85 м.д., J = 2.8-2.9 Гц, для аддуктов 27e-h и 20i,j три мультплета в областях 6.15-6.16 м.д., 6.36-6.37 м.д. и 7.16-7.17 м.д. В спектрах ЯМР13С присутствуют сигналы двух метиновых атомов углерода пиразолопиразолоновогофрагмента с химическими сдвигами в областях 61.8-63.2 и 69.9-67.4 м.д. Три уширенныхсигнала метиленовых атомов углерода пиразолопиразолонового фрагмента находятся вобластях 34.5-35.3 м.д., 45.0-47.3 м.д., 46.9-48.4 м.д.
Вследствие конформационныхпереходов сигнал карбонильного атома углерода в транс-аддуктах 27a-j сильноуширяется и не во всех случаях различим в ЯМР спектрах13С. Однако, в ИК спектрахприсутствует интенсивная полоса поглощения в области 1683-1703 см-1, которая отвечает49валентным колебаниям связи С=О. Масс-спектры высокого разрешения подтверждаютсостав полученных соединений.Уширение сигналов в ЯМР спектрах, как 1Н, так и13С, соединений, содержащихфрагмент пиразоло[1,2-a]пиразолона отмечалось в литературе ранее [112].
Такоеуширение объясняется инверсией атомов азота в растворе при комнатной температуре.Относительная конфигурация аддуктов определялась на основании данныхрентгеноструктурного анализа соединения 27d (Рисунок 2.1).Рисунок 2.1. Структура соединения 27d согласно данным рентгеноструктурногоанализа.В спектрах ЯМР 1Н (раствор СDCl3) цис-аддуктов 27a'-j' также присутствуютсигналы протонов трех метиленовых групп пиразолопиразолона – мультиплеты либодублеты дублетов дублетов в области 2.30-3.60 м.д.
Сигналы протонов метиновых групппредставляют собой дублеты дублетов с химическими сдвигами в областях 3.46-3.60 м.д.(J = 10.6-10.7, 7.0 Гц) и 6.00-6.38 м.д. (J = 5.6-6.5, 8.1 Гц). Для цис-изомера сигнал протона,находящегося в положении 7 пиразолопиразолона, расположен в области более сильногополя по сравнению со спектром транс-изомера. Это можно объяснить тем, что в трансизомере атом водорода в седьмом положении попадает в область экранированияпиррольного заместителя в положении 5. Кроме того, во всех спектрах присутствуютсигналы протонов соответствующих пиррольных фрагментов. В спектрах ЯМР13Сприсутствуют сигналы трех метиленовых атомов углерода с химическими сдвигами вобластях 30.0-30.4 м.д., 44.4-45.0 м.д., 45.6-48.1 м.д., двух метиновых атомов углерода вобластях 63.7-64.9 м.д.
и 69.7-70.2 м.д., карбонильного атома углерода в области 174.9175.9 м.д. ИК-спектры не противоречат предложенным структурам. Состав полученныхсоединений подтверждается данными масс-спектров высокого разрешения.50Следует отметить, что в спектрах ЯМР цис-изомеров уширения сигналов ненаблюдалось. Вероятно, в данном случае инверсия атомов азота затруднена постерическим причинам (два объемных заместителя, арильный и пиррольный, в цисположении).Преобладание транс-изомера объясняется из рассмотрения возможных переходныхсостояний реакции циклоприсоединения (Схема 2.1).Схема 2.1.
Возможные переходные состояния реакции циклоприсоединения.Для согласованного процесса можно предположить два возможных переходныхсостояния: (1) – в случае экзо-подхода, приводящего к образованию цис-изомера и (2) – вслучае эндо-подхода, приводящего к образованию транс-изомера. Вероятно, экзо-подходменеевыгоденвследствиеотталкиваниямеждупиррольнымфрагментомN-винилпиррола и арильной группой азометинимина.Данное предположение подтверждаетсятем,чтоприциклоприсоединенииазометиниминов 6е, содержащих две метильные группы в 5-ом положении пиразолидинового цикла, преимущественно наблюдалось образование цис-изомеров 28а-с.51В спектрах реакционных смесей присутствуют сигналы, которые могут бытьотнесены к транс-изомеру, однако, минорный изомер выделен не был.Строение аддуктов 28а-c было установлено на основании данных спектров ЯМР,ИК-спектров,масс-спектрометриивысокогоразрешения.ВспектрахЯМР1Нприсутствуют сигналы протонов пиразолопиразолонового фрагмента: два синглетапротонов метильных заместителей с химическими сдвигами в областях 1.01-1.05 м.д.
и1.33-1.40 м.д., мультиплеты протонов метиленовых групп в областях 2.38-2.64 м.д., 2.862.93 м.д. и 2.99-3.09 м.д., два мультиплета протонов метиновых групп в областях 3.90-3.92и 5.95-6.29 м.д. Кроме того, в спектре присутствуют сигналы протонов пиррольногоцикла. В спектрах ЯМР13С присутствуют следующие сигналы: два синглета,соответствующие атомам углерода метильных заместителей, с химическими сдвигами вобластях 21.2-22.1 м.д. и 24.3-24.6 м.д., два сигнала, соответствующие метиленовымгруппам – 44.0-44.4 м.д.
и 48.3-50.1 м.д., два сигнала соответствующие метиновымгруппам – 62.6-63.8 м.д. и 64.7-67.9 м.д., сигнал четвертичного атома углерода при 58.158.3 м.д., карбонильного атома углерода в области 174.1-174.9 м.д. и сигналы атомовуглерода ароматического цикла. В ИК-спектрах имеется интенсивная полоса поглощенияв области 1689-1714 см-1, соответствующая валентным колебаниям связи С=О.Образование преимущественно цис-аддукта может быть объяснено стерическимипрепятствиями, создаваемых метильными заместителями, при эндо-подходе, приводящемк транс-аддукту.В работе [113] было проведено квантово-химическое исследование взаимодействияN-винилтетрагидроиндола 1а с азометинимином 5а методом DFT (MPWB1K/6-31G(d)).Для данного процесса были найдены высокие значения энергий активации для всехчетырех возможных путей протекания реакции циклоприсоединения (ΔGTS = 41.2-46.4ккал/моль), что согласуется с тем, что реакция требует весьма жестких условийпроведения.
Данный факт авторы работы объясняют, в частности, из анализа индексовглобальных электрофильностии нуклеофильности.На основанииэтих данныхазометинимин 5а можно классифицировать и как средний электрофил (ω = 1.30) исильный нуклеофил (N = 3.76). При этом 1а представляет собой слабый электрофил исильный нуклеофил. Таким образом, оба реагента имеют выраженный нуклеофильныйхарактер,втовремякак(3+2)-циклоприсоединениеосуществляетсязасчетвзаимодействия электрофила с нуклеофилом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
