ВЕСТНИК ЮЖНОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН, Том1,№ 4, 2005, стр. 21-25
ХИМИЯ
УДК 547.567.3 + 547.831 + 547.832.7
ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ И ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИЙ ЗАМЕЩЕННЫХ 2-МЕТИЛХИНОЛИНА С 3-НИТР0-4,6-ДИ(ГРЕГ-БУТИЛ)-БЕН30ХИН0Н0М-1,2
© 2005 г. И.А. Профатилова1, Ю.А. Саяпин2, A.A. Бумбер2, О.И. Аскалепова3,
C.B. Василевский3, В.Н. Комиссаров2'
Методом циклической вольтамперометрии были измерены окислительно-восстановительные потенциалы производных хинальдина, с помощью потенциометрического титрования определены величины их констант кислотности. Изучены факторы, влияющие на направление протекания реакции между 3-нитро-4,6-ди(трет-бутил)-бензохиноном-1,2 и замещенными 2-метилхино-лина, в результате которой образуются производные ß-трополона и хинолинилзамещенные 2-азабицикло[3.3.0]окт-2,7-диен-4,6-дионы.
Производные (3-трополонов являются аналогами а-трополонов, о высокой биологической активности которых известно давно. В качестве примеров природных а-трополонов можно указать на производные колхицина, обладающие противотуберкулезной активностью [1,2].
Ранее нами было обнаружено [3], что взаимодействие 3-нитро-4,6-ди(трет-бутил)-бензохи-нона-1,2 1 с замещенными 2-метилхинолина 2а-е при кипячении их в о-ксилоле в течение 1 ч приводит к образованию нитротрополонов 3 и с небольшим выходом трополонов 4 (см. схему).
Схема*
í-Bu
í-Bu
nr2 r3
1 -R2
1 ■R1
CH3
í-Bu
1 Южный научный центр РАН, г. Ростов-на-Дону.
2 НИИ физической и органической химии Ростовского государственного университета, г. Ростов-на-Дону.
3 Ростовский государственный университет, г. Ростов-на-Дону.
* Заместители Я1, Я2 и Я3 приведены в таблице.
Реакция нитрохинона 1 с 4-морфолино(пипе-ридино)замещенными 2-метилхинолина 2ж-п протекает иначе и приводит к хинолинилзаме-щенным 2-азабицикло[3.3.0]окт-2,7-диен-4,6-ди-она 5. Соединения 5 привлекают интерес, так как входящий в их состав 2-азабицикло[3.3.0]ок-
Таблица 1. Потенциалы первых стадий окисления на Р1-электроде в СНдСЫ относительно н.к.э. и логарифмы констант
кислотности соединений хинолинового ряда 2а-п
Соед. Заместитель R1, R2, R3 Еокь В PK3 Продукты
реакции
2а R1=R2=R3=h CI R3 2.00 3.05
26 R'=Me, R2=R3=H A. R2 1.93 3.59
2в R2=Me, R'=R3=H 1.80 3.18
2г Rl=R2=H, R3=N02 2.35 2.54 3,4
2д RL=Me, R2=H, R3=N02 2.30 1.80
2е Ri=H, R2=Me, R3=NOz CH3 2.30 2.15
2ж r1=r2=h 1.45 4.32
2з R'=Me, R2=H Г j 1.45 4.32 3,4,5
2и Ri=H, R2=Me 1 1 no2 1.50 3.85
-С*2
I !L y^R1
СНз
2к Rl=R2=H Л 1.20 6.62
2л R*=Me, R2=H f j 1.20 6.84
2м R'=H, R2=Me 1.18 6.82
^ R2
1
I II Hi N X Rl
ch3 5
2н r!=h, r2=h 1.35 5.42
2о R'=Me, R2=H [ J 1.33 5.40
2п R'=H, R2=Me no2 1.35 4.82
,/v -O2
1 1 Y^R1
CH3
тан является скелетным фрагментом таких природных алкалоидов как мелоцин, тубоксенин, калебазинин-1 [4], в связи с чем соединения 5 могут обладать биологической активностью.
Строение полученных соединений 3,4 и 5 подтверждено данными ЯМР !Н-, ИК-спектроско-пии и масс-спектрометрии. Структуры соединений 4а,е и 5м были изучены методом рентгено-структурного анализа [3, 5].
Представляло интерес определить условия, при которых наблюдается преимущественное образование тех или иных продуктов реакции, полученных по вышеприведенной схеме. С этой целью мы исследовали окислительно-восстано-вительные свойства исходных 2-метилхиноли-нов 2а-п методом циклической и импульсной вольтамперометрии, уделяя особое внимание способности этих соединений к окислению, поскольку исследуемая реакция (см. схему) является окислительно-восстановительной, т.е. связана
с межмолекулярным переносом электрона между субстратами 1 и 2, причем З-нитро-4,6-ди(трет-бутил)-бензохинон-1,2 (1) является сильным окислителем (его потенциал восстановления (Епк) составил -0.30 В в условиях проведения эксперимента). Исследование электрохимических свойств проводили на платиновом электроде в ацетонитриле относительно насыщенного каломельного электрода (н.к.э.). Первые потенциалы окисления (Еок1) приведены в таблице 1.
Изучение кислотно-основных свойств замещенных хинальдина 2а-п проводили методом потенциометрического титрования в смеси этанол/вода (50/50) (см. таблицу 1) с целью обнаружения связи между величинами анодных потенциалов соответствующих хинолинов и основностью пиридинового атома азота, а также определения влияния перечисленных факторов на направление протекания реакции (см. схему).
Из данных таблицы видно, что изменение потенциала (Еок1) и рКа для исследуемых соединений 2а-п происходит симбатно: чем больше величина анодного потенциала, тем меньше значение рКа (ниже основность). Эта закономерность является следствием влияния природы заместителей в хинолиновом цикле. Введение электроноакцепторных (-С1, -N02) заместителей (2а-е) затрудняет их окисление, уменьшая величину рКа. Для хинолинов 2ж-и электроно-акцепторные свойства группы N02 уравновешиваются донорными свойствами морфолина и для них наблюдаются средние величины потенциалов окисления и рКа. В соединениях 2к-м, где отсутствуют электроноакцепторные заместители и имеется электронодонорный морфолин, наблюдается наиболее легкое окисление и высокая основность. В последней группе соединений 2н-п, подобно хинолинам 2ж-и, электроноак-цепторность группы N2 уравновешивается более сильными по сравнению с морфолином электро-нодонорными свойствами пиперидина. Отсюда соответствующие величины Еок1 и рКа.
На основании полученных данных можно определить "граничные условия" образования конечных продуктов (3, 4, 5) в реакции между бен-зохиноном 1 с замещенными 2-метилхинолина:
1) если исходный хинолин характеризуется высоким потенциалом окисления (Еок1 = = 1.80-4-2.35 В) и выраженными кислотными свойствами (рКа = 2.15-1-2.60) (2а-е), то в реакции с 4,6-ди(трет-бутил)-3-нитробензохиноном-1,2 преимущественно образуются продукты 3 и 4;
2) хинолины, окисляющиеся в средней области потенциалов (Еок1 = 1.45-И .50 В) и обладающие более слабыми кислотными свойствами (рКа = З.ЗО-И.ЗО) (2ж-и), образуют все три продукта - 3, 4, 5;
3) прозводные 2к-п, характеризующиеся низким потенциалом окисления (Еок1 = 1.13-^1.35 В) и выраженными основными свойствами (рКа = = 5.40-^6.82), в результате реакции (см. схему) образуют один продукт - 5.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Спектры ЯМР 'Н регистрировали на спектрометре Varian Unity-300 Spectrometer. ИК-спектры регистрировали на спектрометре IR-75 для образцов в вазелиновом масле. Методика определения рКа описана в монографии [6]. Методика определения потенциалов окисления 2а-п описана ранее [7].
Общая методика синтеза 5-нитро-4-хлороза-мещенных хинолина 2г-е. Растворяли при пере-
мешивании 0.1 моль соответствующего 4-хлоро-хинолина [8] в 100-120 мл конц. Н2804 при температуре не выше 10-15 °С. Раствор охлаждали до -10 °С и добавляли по каплям при перемешивании нитрующую смесь, приготовленную из 20-25 мл Н2804 и 20-25 мл Н>Ю3 (ё = 1.4-1.45), поддерживая температуру реакционной смеси не выше -5 °С. Охлаждение убирали и давали реакционной массе нагреться до 20-25 °С за 3 ч. Смесь выливали на 0.5 кг толченого льда и нейтрализовали 40%-ным водным раствором N3011. Выделившийся желто-коричневый осадок отфильтровывали, промывали теплой водой и высушивали. Растворяли в минимальном количестве хлороформа и пропускали через колонку с А1203 (/ = 25 см, с1 = 4 см, элюент - хлороформ). Собирали первую желтую фракцию. После отгонки растворителя получали нитрозамещенные 2г-е.
Общая методика синтеза 4-морфолинозаме-щенных хинолина 2ж-м. 0.01 моль 4-хлорозаме-щенного хинолина 2а-е растворяли в 9 мл свеже-перегнанного морфолина и кипятили 6-8 ч, контролируя реакцию по ТСХ (в случае 5-нитро-4-хлоропроизводных хинолина 2г-е замещение протекает в течении 2 ч после начала реакции). Раствор охлаждали и добавляли в него 50 мл холодной воды. Выпавший осадок отфильтровывали и высушивали. Полученные соединения 2ж-м растворяли в смеси гексан/хлороформ (1:1) и пропускали через колонку с оксидом алюминия {й= 1.5 см, / = 60 см, элюент - эта же смесь). Первая бесцветная фракция не содержит соединение 2ж-м, оно присутствует во второй бесцветной фракции. Собирали эту фракцию, отгоняли растворитель и осадок перекристаллизовали из пропанола-2 (в случае 2г-е достаточно двукратной перекристаллизации). Выходы соединений 2ж-м составляют 60-90%.
Общая методика синтеза 4-пиперидинозаме-щенных хинолина 2н-п. 0.01 моль 4-хлорозаме-щенного хинолина 2г-е растворяли в 10 мл свежеперегнанного пиперидина и кипятили 2 ч, контролируя реакцию методом тонкослойной хроматографии. Раствор охлаждали и добавляли в него 50 мл холодной воды. Выделившийся осадок отфильтровывали и высушивали. Последующие выделение и очистка такие же, как и в случае 4-морфолинозамещенных хинолина. Выходы соединений 2н-п составляют 50-70%.
2,8-диметил-5-нитро-4-хлорохинолин 2г. Выход 74%. Бесцветные кристаллы из 2-пропанола с т.пл. 106-108 °С. ИК-спектр, см-1 (ваз. масло): 1527, 1460 (Шг). Найдено, %: С 56.02; Н 4.00; С1
14.97; N 11.55. CnH9ClN202. Вычислено, %: С 55.83; Н 3.83; С1 14.98; N 11.84.
2,7,8-триметил-5-нитро-4-хлорохинолин 2д. Выход 95%. Светло-желтые кристаллы из 2-про-панола с т.пл. 117-118 °С. ИК-спектр, см-' (ваз. масло): 1515, 1480 (N02). Спектр ЯМР Щ (CDC13), б, м.д.: 2.55 с (ЗН, 7-СН3), 2.73 с (ЗН, 8-СН3), 2.77 с (ЗН, 2-СН3), 7.43 с (1Н, 6-Н), 7.54 с (1Н, 3-Н). Найдено, %: С 57.26; Н 4.55; С1 14.24; N 11.19. С12НиСШ202. Вычислено, %: С 57.50; Н 4.42; С1 14.14; N 11.17.
2,6,8-триметил-5-нитро-4-хлорохинолин 2е. Выход 90%. Бесцветные кристаллы из 2-пропа-нола с т.пл. 102-104 °С. ИК-спектр, см-1 (ваз. масло): 1525, 1480 (N02). Найдено, %: С 57.36; Н 4.52; С1 14.34; N 11.29. C12HnClN202. Вычислено, %: С 57.50; Н 4.42; С1 14.14; N 11.17.
2,8-диметил-4-морфолино-5-нитрохинолин 2ж. Выход 84%. Светло-зеленые кристаллы из 2-пропанола с т.пл. 140-142 °С. Спектр ЯМР 'Н (CDCI3), Ö, м. д.: 2.73 с (ЗН, 8-СН3), 2.80 с (ЗН, 2-СН3), 2.8-3.1 м [4Н, 0(СН2)2], 3.7-3.9 м [4Н, N(CH2)2], 7.03 с (1Н, 3-Н), 7.49 с (2Н, 6,7-Н). Найдено, %
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.