Синтез аренхромтрикарбонильных комплексов с гетероциклическими лигандами

Во введении обоснованы актуальность темы, выбор объектов исследования, сформулированы цель и задачи работы. В литературном обзоре собраны сведения о синтезе, анализе реакционной способности, а также биологической активности 1,3-оксазолидинов, 1,3-оксазинанов и дигидро-3,1-бензоксазинов.
В экспериментальной части приведены методики синтеза и выделения аренхромтрикарбонильных комплексов аминоспиртов, 1,3-оксазолидинов, 1,3-оксазинанов и дигидро-3,1- бензоксазинов, их основные физико-химические характеристики, а также основные методы анализа состава и структуры получаемых веществ.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
1 Реакции конденсации аминоспиртов с карбонильными соединениями
Как следует из приведенных в литературном обзоре данных, наиболее распространенным и широко используемым методом построения гетероциклических колец, содержащих атомы азота и кислорода в b- положении относительно друг друга, является реакция конденсации карбонильных соединений с аминоспиртами.
1.1 Синтез аренхромтрикарбонильных комплексов 1,3-оксазолидинов и 1,3-оксазинанов
Данный подход был использован нами для синтеза оксазолидинов и оксазинанов. Он заключался в проведении процесса конденсации между альдегидами (1a-d) и b- (2a-d) либо g- (3a, b) аминоспиртами, в которых один или оба из компонентов содержали в своем составе (арен)хромтрикарбонильную группу
(схема 1). Реакции с участием b-аминоспиртов приводили к образованию 1,3-оксазолидинов процессы между g-аминоспиртами и альдегидами давали 1,3-оксазинаны (5a-c).
(4a-i), а
R2
OH
– H2O
R1 N
3a, b 4h -HO O 5a
5b 5c
5a-c
1: R = H (a); Me (b); Ph (c); Ph[Cr(CO)3] (d); 2: R1 = Ph, R2 = H (a); R1 = Ph, R2 = Me (b); R1 = Ph[Cr(CO)3], R2 = H (c);R1 = Ph[Cr(CO)3], R2 = Me (d); 3: R1 = Ph (a), Ph[Cr(CO)3] (b)
Схема 1
Синтез хромтрикарбонильных комплексов 2c, 2d, 3b осуществлялся путем термической реакции соответствующего ароматического аминоспирта с триаминхромтрикарбонилом (схема 2). Вещества 2c, 2d, 3b получены впервые, они представляют собой желто-коричневые масла, окисляющиеся на воздухе. На ВЭЖХ-хроматограммах этих веществ присутствует один пик. В ИК-спектрах соединений 2c, 2d, 3b присутствуют полосы поглощения характерные для аминоспиртов, а также интенсивные полосы валентных колебаний связей СО хромтрикарбонильных фрагментов в области 1853-1952 см-1. В их масс- спектрах имеются ожидаемые молекулярные, а также осколочные ионы (табл. 1).
Известно, что на выход продуктов и возможность протекания процессов конденсации между аминоспиртами и карбонильными соединениями большое влияние оказывает природа заместителей в
Н Me Ph H Me Н Me Н 4i Me
4a 4b 4c 4d 4e 4f
Ph
Ph
Ph
Ph
Ph Ph[Cr(CO)3] Ph[Cr(CO)3] Ph[Cr(CO)3] Ph[Cr(CO)3]
H Ph — Ph Ph — H Ph[Cr(CO)3] —
RCHO
1a-d
R1
R1HN OH N R 4g
O R2 4a-i
H H H Me Me H H Me Me
R = CH2OH (2a,c); CH(Me)OH (2b,d); (CH2)2OH (3a,b)
Схема 2
Таблица 1. Некоторые характеристики хромтрикарбонильных комплексов (N-ариламино)алканолов 2c, 2d, 3b
молекулах реагирующих веществ. Так, реакции 2-(N-фениламино)этанола (2а) с формальдегидом (1a), ацетальдегидом (1b) и бензальдегидом (1c) протекают с образованием соответствующих дизамещенных 1,3-оксазолидинов (соединения 4a-c, схема 1). В то же время взаимодействие аминоспирта 2а с (h6-бензальдегид)хромтрикарбонилом (1d) в толуоле при 120 °C не дает ожидаемого гетероциклического продукта. По-видимому, при введении объемной хромтрикарбонильной группы в молекулу бензальдегида возрастающие стерические препятствия сказываются неблагоприятным образом на успешное протекание конденсации.
Амино- спирт
2c 2d 3b
ВЭЖХ, Выход, t, мин %
4.9 54 5.1 65 5.0 33
ИК-спектр, ν(С≡О)/см-1, KBr 1949, 1853 1952, 1853 1947, 1861
Масс-спектр ЭУ, 70 эВ, m/z (Iотн (%)) 273 [М]+ (65) 287 [М]+ (20) 287 [M]+ (2)
Аналогично аминоспирту 2а 1-(N-фениламино)пропанол-2 (2b) не взаимодействует с (h6- бензальдегид)хромтрикарбонилом (1d), но реагирует с альдегидами, свободными от Cr(CO)3 группы. В реакции 2b с формальдегидом (1а) образуется индивидуальный продукт 4d, а использование ацетальдегида (1b) приводит к образованию смеси двух диастереомеров cis- и trans-4e с различным расположением метильных заместителей относительно гетероциклического кольца. Соединения cis- и trans-4e (рис. 1) выделены нами в виде смеси. Методом ЯМР 1Н-спектроскопии показано, что их соотношение составляет 1:1.
Рис. 1. Соединения cis- и trans-4e.
На следующем этапе работы нами были изучены реакции конденсации хромсодержащих аминоспиртов 2c,d с альдегидами 1a-d (см. схему 1). Все полученные в этих реакциях 1,3-оксазолидины выделены в чистом виде колоночной хроматографией с последующей перекристаллизацией и идентифицированы методами ВЭЖХ, УФ-, ИК-, ЯМР 1Н-спектроскопии и масс-спектрометрии. Условия реакций и некоторые характеристики продуктов представлены в таблице 2.
Реакция фенилхромтрикарбониламино)этанола-1 (2с) с избытком параформа (1а) в среде толуола при 120 °С в течение 4 часов дает два продукта, которые были разделены колоночной хроматографией. Первый продукт (выход 35%) имел структуру ожидаемого 1,3-оксазолидина 4f. Масс-спектр второго продукта содержал пик молекулярного иона 315. В его спектре ЯМР 1Н имелись сигналы протонов четырех метиленовых групп гетероциклического кольца и фенилхромтрикарбонильной группы. Полученные данные позволили предположить, что этим веществом является гексагидро-1,3- диокса-5-(η6-фенилхромтрикарбонил)азепин (6) (рис. 2). Структура 6 была подтверждена методом РСА (рис. 3).
O
O
N
2-(h6-
Рис. 2. Соединение 6.
Cr(CO)3
Рис. 3. Молекулярное строение комплекса 6. 6

Таблица 2. Реакции альдегидов 1a-d с аминоспиртами 2c, d и 3a, b и некоторые характеристики 1,3- оксазолидинов 4f-i и 1,3-оксазинанов 5a-ca
Амино- b
c
ИК-спектр (KBr), -1
ν(С≡О)/см 1957, 1883 1948, 1882
Масс-спектр ЭУ (70 эВ), m/z (Iотн (%)) 285 [M]+ (7) 299 [M]+ (10)
Альдегид спирт Продукт
1a 2c 4f 1b 2c 4g 1c 2c —d 1d 2c —d 1a 2d 4h 1b 2d cis-4i
trans-4i 1a 3a 5a 1c 3a 5b
1d 3a —d 1c 3b —d 1a 3b 5c
τ, ч
Выход (%)
Т.пл./ °С 127-128
a Температура реакции во всех случаях 120°C. τb выделения и очистки веществ. d Целевые продукты
— — — 114-115 1948, 1848
продолжительность реакции. c Выход рассчитан после не образуются.
4 6 6 6 6
2 4 4 4 1.5
35 31 — — 30 18 53
— —
70-71
— — — — — —
—
Взаимодействие соединения 2с с уксусным альдегидом (1b) в среде толуола при 120 °С в течение 6 часов дает ожидаемый 2-метил-3-(h6-фенилхромтрикарбонил)-1,3-оксазолидин (4g) с выходом 31%. В его ИК-спектре присутствуют интенсивные полосы СО-колебаний хромтрикарбонильного фрагмента. Масс-спектр комплекса 4g содержит ожидаемый молекулярный ион (табл. 2) и характерные осколочные ионы. Спектр ЯМР 1Н также подтверждает строение 1,3-оксазолидина 4g (рис. 4): в спектре присутствует дублет от протонов метильного заместителя при 1.40 м.д., взаимодействующих с протоном при втором атоме углерода, мультиплеты протонов гетероциклического кольца при 3.34–3.45, 3.46–3.58, 3.98–4.11, 4.11–4.23 и 4.97–5.09 м.д. соответственно, а также сигналы фенилхромтрикарбонильного фрагмента (4.97-5.83 м.д.).
Рис. 4. Фрагмент ЯМР 1H – спектра (400 МГц, acetone-d6) оксазолидина 4g.
131-132 84-85 105-106 Масло 23-24
1947, 1852 1938, 1855 1935, 1849 —
299 [M]+ (2) 313 [M]+ (2) 313 [M]+ (5)
—
— — —
7

Многочисленные попытки осуществления реакций хромсодержащего аминоспирта 2с с бензальдегидом (1с) либо его комплексом 1d оказались безуспешными: анализы демонстрируют отсутствие в реакционных смесях после протекания реакций хромсодержащих 1,3-оксазолидинов. Таким образом, когда объемные заместители присутствуют как в молекуле аминоспирта, так и в альдегиде, процесс конденсации не осуществляется по стерическим причинам.
Рис. 5. Соединения 4h, cis- и trans-4i.
В свою очередь реакция между 1-(h6- фенилхромтрикарбониламино)пропанолом-2 (2d) и параформальдегидом (1a) дает целевой 1,3- оксазолидин 4h (рис. 5). Также удается осуществить и взаимодействие аминоспирта 2d с ацетальдегидом (1b), приводящее к образованию двух диастереомеров cis- и trans-4i в соотношении 1:3 (рис. 5).
Оксазолидины 4h, cis- и trans-4i представляют собой ярко-желтые кристаллы с четкими температурами плавления, физико-химические методы анализа подтверждают чистоту и строение данных веществ (табл. 2). Рис. 6 и 7 отражают результаты РСА продуктов 4h и trans-4i.
Рис. 6. Молекулярное строение 4h. Рис. 7. Молекулярное строение trans-4i.
Получение шестичленных гетероциклических веществ – 1,3-оксазинанов 5a-c осуществлялось по реакции g-аминоспиртов 3a,b с параформальдегидом (1a), бензальдегидом (1c) и (h6- бензальдегид)хромтрикарбонилом (1d) (см. схему 1). Реакции проводились при нагревании в растворе толуола, продукты выделяли хроматографически на колонке, заполненной силикагелем. Условия реакции и некоторые характеристики продуктов представлены в таблице 2.
Так, кипячение 3-(N-фениламино)пропанола-1 (3а) с твердым параформом (1а) в течение 2 часов в толуоле дает 3-фенил-1,3-оксазинан (5а) с выходом 61%. Подобным образом из аминоспирта 3а и бензальдегида (1с) за 4 часа получен 2,3-дифенил-1,3-оксазинан (5b), но уже с существенно меньшим выходом (28%). Вещество было выделено в виде вязкого белого продукта с температурой плавления 23-24 °С. Таким образом, при переходе от формальдегида к бензальдегиду скорость конденсации заметно снижается. Попытки осуществить взаимодействие между 3-(N-фениламино)пропанолом-1 (3а) и (h6- бензальдегид)хромтрикарбонилом (1d), а также между хромсодержащим спиртом 3b с альдегидом 1с, даже при длительном нагревании, не увенчалось успехом, вероятно, по стерическим причинам.
(h6-Арен)хромтрикарбонильное производное 1,3-оксазинана получено в реакции 3-(h6- фенилхромтрикарбониламино)пропанола-1 (3b) с параформом (1a). Продукт 5с представляет собой желтое кристаллическое вещество с температурой плавления 114-115 °С. Максимум поглощения в УФ- спектре при 318 нм и интенсивные полосы в районе валентных карбонильных колебаний при 1848 и 1948 см-1 в ИК-спектре соединения 5с подтверждают наличие в его составе хромтрикарбонильной группы. В масс-спектре 1,3-оксазинана 5с присутствует ожидаемый молекулярный ион с массовым числом 299. В его спектре ЯМР 1H в сильном поле при 1.79 м.д. присутствует квинтет протонов метиленовой группы C(5)H2, при 3.50 и 3.85 м.д. располагаются сигналы фрагментов C(4)H2 и C(6)H2; в более слабом поле (4.82 м.д.) находится синглет метиленовой группы, заключенной между двумя гетероатомами, а в области 5.12-5.78 м.д. располагаются сигналы координированного с атомом хрома ароматического кольца (рис. 8). Структура 5с была окончательно подтверждена РСА (рис. 9).
8

Рис. 8. Фрагмент ЯМР 1H – спектра (400 МГц, acetone-d6) оксазинана 5с.
Рис. 9. Молекулярное строение 5с.
Таким образом, были впервые получены хромсодержащие аминоспирты и с их помощью удалось синтезировать, выделить в чистом виде и охарактеризовать несколько представителей новых классов (h6-арен)хромтрикарбонильных производных азот- и кислородсодержащих гетероциклических соединений – 1,3- оксазолидинов и 1,3-оксазинов. Показано, что (h6-фенил)хромтрикарбонильные производные аминоспиртов очень чувствительны к возрастанию объема заместителей в карбонильном соединении, вследствие чего реакция конденсации легко протекает только с простейшими алифатическими альдегидами (формальдегидом и ацетальдегидом).
1.2 Синтез аренхромтрикарбонильных комплексов дигидро-3,1-бензоксазинов
Данный метод был также распространен на синтез (η6-арен)хромтрикарбонильных комплексов бензоксазинов. Он заключался в проведении процесса конденсации между хромсодержащим аминоспиртом 3c и альдегидами 1a-c, e-l (схема 3) в присутствии безводного MgSO4 в тетрагидрофуране.
1:R1 =H,R2 =H(a),Me(b),Ph(c),Et (e), Bu (f), propen-1-yl-1 (g), 2-furyl (h), 2-py (i), spirocyclohexane (j); R1 =Me,R2 =Me(k),Et(l)
9

7: R1 R2 7: R1 R2 aHHgH Bu
b c
d e f
Me Me h H
spiro- i H Ph
H Et
Схема 3
(2-Аминобензиловый спирт)хромтрикарбонил 3c был получен и охарактеризован впервые. Его синтез осуществлялся при взаимодействии триамминхромтрикарбонила с 2-аминобензиловым спиртом в среде кипящего диоксана в
течение 1.5 часов (схема 4). Продукт 3c, полученный с выходом 91%, представлял собой желтое кристаллическое вещество с т.пл. = 113—114 °C.
Схема 4
Выходы конечных продуктов 7a-k варьировались в диапазоне 25-85%. Наличие хромтрикарбонильной группы в молекуле аминоспирта существенно не повлияло на протекание реакций конденсации в сравнении с реакциями получения свободных бензоксазинов.
Так как большинство из целевых гетероциклов 7 содержат два ассиметричных центра (один из которых находится в положении 2
cyclohexane
Me Et j H
2-furyl H Me k H 2-py
propen-1-yl-1
гетероциклического кольца и имеет тетраэдрическую хиральность, а другой, обладающий планарной хиральностью, располагается в бензольной части лиганда), то данные вещества могут существовать в виде двух рацемических диастереомеров, которые для соединений 7e-k мы обозначили как транс – и цис- изомеры, отражая взаимное расположение заместителя R2 и Cr(CO)3- группы относительно гетероциклического кольца (рисунок 10).
(OC) Cr 3
H NO
H
R2
H
H
(OC)3Cr
H
R2
trans-7e-k
Рисунок 10. Транс- и цис- диастереомеры соединений 7e-k.
Проведение синтеза соединений 7 методом конденсации показало, что доля транс-изомеров в смеси продуктов как правило была выше. Наибольшее влияние на соотношение диастереомеров оказало наличие объемных фенильной (i), 2-фурильной (j) и 2-пиридильной (k) групп в составе карбонильных соединений (табл. 3).
Таблица 3. Соотношение диастереомеров соединений 7d-ka
NO H
cis-7e-k
H H
Соединение
7d b 7e 7f 7g
Соотношение Соединение trans /cis
1.0:1.0 7h 1.3:1.0 7i 1.6:1.0 7j 2.0:1.0 7k
Соотношение trans /cis
1.2:1.0 3.0:1.0 3.3:1.0 __c
a Определено по соотношению площадей пиков продуктов на хроматограммах ВЭЖХ. b Приведены данные для диастереомеров 7d. c Образовался только транс-изомер.
Выделение комплексов 7a-k из реакционных смесей осуществлялось с помощью колоночной хроматографии при использовании силикагеля и смеси гексан—этилацетат в качестве элюента. Нам
удалось выделить в чистом виде и охарактеризовать с помощью ВЭЖХ, УФ-, ИК-, ЯМР 1Н-спекроскопии, масс-спектрометрии соединения, представленные в таблице 4. Цис-изомеры продуктов 7e-k (за исключением соединения cis-7i) выделялись колоночной хроматографией в смесях, содержащих некоторое количество соответствующих транс-продуктов. В ряде случаев удалось описать ЯМР 1Н- спектры цис-изомеров на основании спектра смеси диастереомеров. Например, для 7e Н1ЯМР-спектр грубого продукта показывает, что его спектр представляет собой суперпозицию двух близких по структуре веществ, так как почти каждый резонансный пик «дублируется» с небольшим химическим сдвигом, что свидетельствует о присутствии в продукте реакции двух изомерных веществ.
Все выделенные соединения 7a-k представляли собой желтые кристаллические вещества относительно устойчивые на воздухе, чистота которых подтверждена ВЭЖХ. В их ИК-спектрах обнаружены интенсивные полосы поглощения валентных колебаний СО-групп хромтрикарбонильных фрагментов в районе 1832—1967 см-1 (табл. 4), а также другие полосы поглощения, характерные для исследуемых гетероциклов.
Таблица 4. Некоторые характеристики соединений 7a-k
Соединение
7a 7b 7c 7d b trans-7e trans-7f trans-7g trans-7h trans-7i cis-7i trans-7j trans-7k
Выход (%) a 35
85
81
33
25
43
42
30
56
18
52
33
Т.пл./°C
117—119 130—132 160—162 120—122 111—112 141—142 116—117 98—100 150—152 163—165 123—125 137—138
ИК-спектр, ν(С≡О)/см-1, KBr 1940, 1866, 1848 1936, 1860, 1835 1938, 1855,1832 1937, 1878, 1841 1947, 1859
1941, 1865 1962, 1894 1957, 1865 1967, 1874 1947, 1869, 1844 1950, 1865, 1850 1947, 1881, 1854
a Указан выход очищенного продукта после стадии колоночной хроматографии и перекристаллизации. b Приведены данные для выделенного диастереомера 7d
ЯМР 1Н-спектроскопия также позволила установить строение 1,4-дигидро-3,1-бензоксазинов 7a-k: в спектрах обнаружены сигналы протонов гетероциклического кольца, заместителей R1 и R2, а также (арен)хромтрикарбонильных фрагментов. Очень информативными оказались сигналы метиленовой группы С(4)-атома углерода гетероциклического кольца, которые позволили нам распознать диастереомеры соединений 7e-k. Как видно из таблицы 5, для OCH2-группы цис-изомерных продуктов наблюдается 2 дублета с константой спин-спинового взаимодействия 14.1—14.5 Гц и разницей в значениях химических сдвигов данных протонов на уровне 0.32—0.46 м.д. В то время как для транс- изомеров характерен либо 1 сигнал (синглет или дублет), либо два близко расположенных дублета с разницей в значении химических сдвигов не более 0.09 м.д. В частности, у полученного нами индивидуального цис-изомера 7i разница в химических сдвигах протонов при атоме углерода С-4 составляет 0,46 м.д., в то время как для его транс-изомера она уменьшается до 0,09 м.д.
Таблица 5. Значения химических сдвигов протонов OCH2 транс- и цис-изомеров гетероциклов 7e-k
Соедине ния 7
δ(OCH2), м.д., J, Гц Δ(δ(OCH2)), cis
trans
Δ(δ(OCH2)), м.д. м.д.
4.38
0 (д, 1 Н, J = 14.1); 0.39
4.72
g (с, 2 H) 0
4.71
(д, 2 Н, J =5.5)
e
f 4.72 0 —a —a
(c, 2 H)
4.77
(д, 1 Н, J = 14.1)
4.41
(д, 1 Н, J = 14.1); 0.36
4.77

(д, 1 Н, J = 14.1)
h 4.71 0 —a (д, 2 H, J = 2.0)
—a 0.46
0.46 — b
i
j k
4.78
(д, 1 H, J = 14.5); 0.09
4.87
(д, 1 H, J = 14.5) 4.64
(д, 1 H, J = 14.5); 0.05 4.69
(д, 1 H, J = 14.5) 4.90
4.57
(д, 1 Н, J = 14.5); 5.03
(д, 1 H, J = 14.5)
4.52
(д, 1 H, J = 14.5); 4.98 (д, 1 H, J = 14.5)
—b
a Спектр cis-изомера не зарегистрирован. b Получен только trans-изомер
(д, 1 H, J = 14.5); 4.98 0.08 (д, 1 H, J = 14.5)
Причиной такого различия является пространственное расположение рассматриваемых протонов (см. рис. 10). В цис-изомере один из OCH2 протонов экранирован одновременно как хромтрикарбонильной группой, так и заместителем R2 при атоме С(2), что в конечном счете приводит к существенно большей разницей в значениях химических сдвигов данных протонов по сравнению с транс-изомером, в котором такое двойное экранирование отсутствует и протоны являются более эквивалентными. Для диастереомеров 7d OCH2-протоны неэквивалентны как в случае одного, так и другого соединения, по причине экранирования хромтрикарбонильной группой и метильным либо этильным заместителем одного протона из пары. Это выражается в расхождении дублетов данных протонов в ЯМР 1Н-спектрах на ~0.3 м.д. для каждого диастереомера.
Для полученной серии (арен)хромтрикарбонильных производных 7a-k были зарегистрированы масс-спектры электронного удара и изучена их фрагментация. Как и в случае других карбонильных комплексов переходных металлов первичная фрагментация молекулярных ионов [M]+ заключалась в постадийной диссоциации трех карбонильных групп, что приводило к образованию фрагментов [Ф1]+ (см. схему 5). Далее для всех анализируемых образцов основным направлением распада было отщепление молекулы воды с получением [Ф2]+ и дальнейшее элиминирование заместителя R2 (в случае соединения 7с — отщепление фрагмента С5Н10) с получением [Ф2]+ и дальнейшее элиминирование заместителя R2 (в случае соединения 7с — отщепление фрагмента С5Н10) с образованием [Ф3]+ (см. схему 5, табл. 6). Отщепление воды и заместителя при С(2)-атоме углерода от молекул дигидро-3,1-бензоксазинов в процессе фрагментации под действием электронного удара находит свое подтверждение в литературе.
[M]+ [M-CO]+
[M-2CO]+ H
[M-3CO]+ [Ф1]+
[Ф2]+ [Ф3]+ -R2
Таблица 6. Данные масс-спектров соединений 7a-k (ЭУ,
70 эВ), m/z (Iотн (%)) [Ф3]+
168 (28) 182 (59) 167 (5)
Соеди- нение 7а 7b 7c
[M]+
271 (100) 299 (33) 339 (23)
[Ф1]+
187 (15) 215 (100) 255 (100)
[Ф2]+
169 (29) 197 (68) 237 (46)
+ R1
Схема 5
-H2O
(OC)3Cr
[M]+
N
R2
O
12

7da trans-7e trans-7f trans-7g trans-7h trans-7i cis-7i trans-7j trans-7k
313 (37) 285 (67) 299 (36) 327 (64) 311 (52) 347 (36) 347 (19) 337 (39) 348 (15)
229 (100) 201 (100) 215 (40) 243 (100) 227 (98) 263(76) 263 (85) 253 (79) 264 (100)
211 (54) 183 (51) 197 (52) 225 (28) 209 (100) 245 (28) 245 (21) 235 (67) 246 (63)
182 (22) 168 (60) 168 (25) 168 (65) 168 (25) 168 (12) 168 (6) 168 (52) 168 (43)
a Приведены данные для выделенного диастереомера 7d
Строение соединений 7с, trans-7e и cis-7i, содержащих спироциклогексановый, метильный и
фенильный заместители при атоме углерода С(2) соответственно, подтверждено также РСА (рис. 11-13).
Рис. 11. Молекулярное строение комплекса cis-7i.
Рис. 13. Молекулярное строение комплекса trans-7e.
Рис. 12. Молекулярное строение комплекса 7с.
Таким образом, получены дигидро-3,1-бензоксазины путем реакции конденсации между 2- аминобензиловым спиртом с альдегидами и кетонами. Был впервые получен хромсодержащий аминоспирт – (2-аминобензиловый спирт)хромтрикарбонил. Установлено, что в результате проведенных синтезов получаются цис- и транс-изомеры в разном соотношении. Полученные соединения были идентифицированы с помощью физико-химических методов анализа.
2 Взаимодействие гетероциклических соединений с триамминхромтрикарбонилом
В предыдущем разделе была рассмотрена конденсация аминоспиртов с карбонильными соединениями как метод получения различных гетероциклических веществ. В процессе исследования было выяснено, что стерически объемные хромтрикарбонильные группы затрудняют протекание процесса циклизации и в ряде случаев не позволяют получать (η6-арен)хромтрикарбонильные производные 1,3- оксазациклоалканов. В связи с ограничениями данного метода был предложен другой путь их синтеза. Наиболее простым и удобным методом введения Cr(CO)3-группы в арены является непосредственное взаимодействие данных аренов с гексакарбонилом хрома или его производными, например, триамминхромтрикарбонилом (NH3)3Cr(CO)3.
13

2.1 Синтез аренхромтрикарбонильных комплексов 1,3-оксазолидинов и 1,3-оксазинанов
Известно, что для гетероциклов, неподеленная электронная пара гетероатомов которых доступна для взаимодействия, в реакциях с комплексами переходных металлов характерно образование σ-, а не π- комплексов, что в случае 1,3-оксазациклоалканов может приводить к разрыву гетероциклического кольца. Мы предположили, что синтез аренхромтрикарбонильных π-комплексов 1,3-оксазациклоалканов можно осуществить с сохранением гетероцикла, если защитить атом азота подходящими блокирующими группами. В качестве таких групп были выбраны ацетильная и трет-бутоксикарбонильная. Для их введения в NH-группу гетероциклов 4n и 5e использовали уксусный ангидрид (8a) и ди-трет- бутилдикарбонат (8b) (схема 6). Продуктами реакций оказались гетероциклы 4o,p и 5f, выделенные из реакционных смесей в виде прозрачных жидкостей. Очевидно, нуклеофильность азота в полученных соединениях понижена по сравнению с исходными веществами 4n и 5e за счет стягивания его электронной пары под действием π,p-сопряжения, а также из-за стерических факторов.
H O C(O)R C(O)R
N R C N (NH3)3Cr(CO) 3, N n +RCO n -3NH3 n
OOO OCr(CO)3
4n (n = 1) 5e (n = 2)
8a,b 4o,p 5f
8_R=Me(a),R=OBut (b) Соединение nR1
4q,r 5g
4o 4q
4p 4r
5f 5g
1 Me 1 OBut 2 Me
Схема 6
Синтезированные 1,3-оксазациклоалканы 4o,p, 5f далее были использованы в реакциях с триамминхромтрикарбонилом для получения (η6-арен)хромтрикарбонильных производных 4q,r, 5g (схема 6). Реакции проводили в кипящем диоксане, за ходом процессов следили по количеству выделяющегося аммиака. Соединения 4q,r, 5g выделяли методом колоночной хроматографии и очищали перекристаллизацией. Они представляли собой желтые кристаллические вещества, их чистота и строение подтверждались ВЭЖХ-, УФ-, ИК-, ЯМР 1Н-спектроскопией и масс-спектрометрией. Некоторые характеристики синтезированных веществ приведены в таблице 7. На ВЭЖХ-хроматограмме каждого из соединений 4q,r, 5g присутствовал 1 пик. В их ИК-спектрах наблюдались интенсивные полосы валентных колебаний связей СО хромтрикарбонильных фрагментов в области 1857-1971 см-1, в масс-спектрах присутствовали ожидаемые молекулярные ионы (табл.7). ЯМР 1Н-спектроскопия также подтвердила строение полученных веществ: в спектрах обнаружены сигналы протонов гетероциклического и ароматического колец, а также протонов заместителей при атоме азота.
Таблица 7. Некоторые характеристики комплексов 4q,r, 5g, 4f-i, 4k-l, 5c и 5d
Соединение
Т.пл./°С Выход (%)
ИК-спектр, ν(С≡О)/см-1, KBr 1948, 1857 1902, 1873 1971, 1894
Масс-спектр ЭУ, 70 эВ, m/z (Iотн (%))
327 [M]+ (1)
385 [M]+ (1)
341 [M]+ (1)
4q 90-91 73
4r 128-129 71
5g 110-111 53
4f 4g 4h cis-4i trans-4i 4k
4l 5d 5c 4m
127-128 44 70-71 31 131-132 32 84-85 24 105-106 27 111-112 30 99-100 40 116-117 19 114-115 22 167-168 35
1957, 1883 1948, 1882 1947, 1852 1938, 1855 1935, 1849 1942, 1869 1948, 1855 1944, 1856 1948, 1848 1956, 1873
285 [M]+ (7) 299 [M]+ (10) 299 [M]+ (2) 313 [M]+ (2) 313 [M]+ (5) 313 [M]+ (29) 361 [M]+ (5) 375 [M]+ (2) 299 [M]+ (52) 497 [M]+ (7)
Известно, что при наличии у атома азота ненасыщенных групп, например, фенильного заместителя, способность к координации по гетероатому для этих соединений резко падает за счет π,p- сопряжения. Поэтому можно полагать, что взаимодействие N-фенил-1,3-оксазациклоалканов с триамминхромтрикарбонилом должно приводить к образованию желаемых π-комплексов.
NN
R1
R1 n
O
4a-e, 4j 5a,b
Соеди- нение 4a 4f 4b 4g 4c 4l 4d 4h
dioxane
n
– 3NH3 O
R2
4f-i, 4k-m 5c,d
Cr(CO) 3
Действительно, реакции N- фенилзамещенных гетероциклов 4a-e, 4j, 5a и 5b с эквимольным количеством триамминхромтрикарбонила в среде диоксана дают продукты 4f-i, 4k-l, 5c и 5d с Ph[Cr(CO)3]-группой при атоме азота (схема 7). В случае 2,3- дифенильных производных 4c и 5b комплексообразование проходило строго по «анилиновому» бензольному кольцу с образованием моноядерных комплексов 4l и 5d. Полученные вещества были выделены в чистом виде и охарактеризованы с помощью физико-химических методов анализа (табл. 7).
Во всех случаях за исключением реакции с веществами cis- и trans-4e, каждое из которых имеет два
метильных заместителя гетероциклическом кольце, взаимодействию с триамминхромтрикарбонилом подвергались индивидуальные вещества, в то время как вышеупомянутые изомеры использовались в виде неразделенной эквимольной смеси, полученной ранее по реакции конденсации.
R2
+ (NH3)3Cr(CO)3
MeH4j 1 Et H 4k
Ph H 5a 2 H H 5c
HMe5b 2 Ph H 5d
n R1 1
4i
Соеди- n R1 R2 нение
R2
HH4e 1 Me Me
1 1 1
в
4m_n=1,R1 =Ph[Cr(CO)3],R2 =H Схема 7
Поэтому реакция данных веществ с триамминхромтрикарбонилом привела к смеси изомеров cis- и trans-4i, которую удалось разделить методом колоночной хроматографии при использовании элюента, состоявшего из гексана и этилацетата в соотношении 10:1 (рис. 14).
Рис. 14. Соединения cis- и trans-4i. 15

Стоит отметить, что соединения 4f-i и 5c ранее также были получены по реакции конденсации хромтрикарбонильных комплексов фенилзамещенных аминоспиртов с соответствующими альдегидами. Вместе с тем синтез таким путем веществ 4l и 5d осуществить не удалось, вероятно, по стерическим причинам, в то время как реакции 4c и 5b с триамминхромтрикарбонилом позволяют получить желаемые продукты.
Так, взаимодействием 2,3-дифенил-1,3-оксазолидина 4c с триамминхромтрикарбонилом при соотношении реагирующих веществ 1:1 после отгонки растворителя и перекристаллизации остатка из
Рис. 15. Молекулярная структура комплекса 4l.
смеси гексана с этилацетатом (4:1) был получен индивидуальный продукт 4l с выходом 40%. На хроматограмме ВЭЖХ образца данного вещества присутствовал 1 пик со временем удерживания 8.3 мин. Его ИК-спектр содержал 2 интенсивные полосы поглощения при 1848 и 1955 см-1, характерных для валентных колебаний СO групп в хромтрикарбонильном фрагменте. В масс-спектре наблюдались сигналы, соответствующие молекулярному иону 361 [M]+ (5), и осколочным ионам: 277 [М – 3СО]+ (72), 247 [M – 3CO – CH2O]+ (100), 143 [M – 3CO – CH2CH2OCH(Ph)]+ (66), 52 [Cr]+ (20). Строение соединения 4l было также подтверждено рентгеноструктурным анализом (рис. 15).
При проведении реакции между 4c и избытком триамминхромтрикарбонила (при соотношении реагентов 1:2) была получена смесь, содержащая
два хроморганических соединения 4l и 4m (рис. 16).
Продукту 4m была приписана структура биядерного
2,3-бис-(η6-фенилхромтрикарбонил)-1,3-
оксазолидина. Его масс-спектр содержал пики,
соответствующие молекулярному иону 497 [M]+ (7),
а также осколочным ионам. В ИК-спектре 4m
имеются полосы поглощения при 1956 и 1873 см-1,
что подтверждает наличие в молекуле СО групп. В
ЯМР 1Н-спектре обнаружены сигналы протонов 4l
метиновой и двух метиленовых групп
гетероциклического кольца, а также протонов двух
фенилхромтрикарбонильных колец. Его структура была окончательно подтверждена методом РСА (рис. 17).
Рис. 17. Молекулярная структура 4m.
молекуле исходного 1,3-оксазациклоалкана координация протекает в первую очередь по N-фенильному кольцу (при эквимольном соотношении реагентов) и далее по обоим ароматическим кольцам (в случае избытка триамминхромтрикарбонила).
Cr(CO)3 NN
Cr(CO)3
Cr(CO)3
O O 4m
Рис.16. Соединения 4l и 4m.
Таким образом,
исследования показали, триамминхромтрикарбонила
разнообразными 1,3-оксазациклоалканами, содержащими ацетильную, трет- бутилоксикарбонильную или фенильную группу при атоме азота, протекают с образованием соответствующих производных с (η6-фенил)хромтрикарбонильными заместителями. У становлено, что данные реакции могут давать продукты, получение которых альтернативным методом конденсации невозможно. Показано, что при наличии двух фенильных заместителей в
проведенные что реакции с

2.2 Синтез аренхромтрикарбонильных комплексов дигидро-3,1-бензоксазинов
На предыдущем этапе исследования было показано, что в случае реакции триамминхромтрикарбонила с N-фенилзамещенными оксазолидинами и оксазинанами р,p-сопряжение свободной электронной пары азота гетероциклического кольца с фенильным заместителем уменьшает нуклеофильность атома азота, что позволяет избежать образование s-связи N—Cr и приводит, в конечном счете, к получению (η6-арен)хромтрикарбонильных производных данных соединений. С учетом этого, мы предположили, что, выбрав в качестве лигандов бензоксазины, в которых атом азота находится в сопряжении с фениленовой частью, данный процесс также удастся осуществить.
С целью получения хромсодержащих дигидро-3,1-бензоксазинов 7a-k на первом этапе работы мы синтезировали гетероциклы 9a-k по взаимодействию аминоспиртов с карбонильными соединениями в среде ТГФ и присутствии сульфата магния. Продукты 9a-k были получены из карбонильных соединений 2.1a-c, e-l и 2-аминобензилового спирта в течение 3—10 часов при нагревании 50—100 °C с хорошими выходами (схема 8, таблица 8).
1: R1 = H, R2 = H (a), Me (b), Ph (c), Et (e), Bu (f), propen-1-yl-1 (g), 2-furyl (h), 2-py (i), spirocyclohexane (j); R1 = Me, R2 = Me (k), Et (l)
9: R1 R2 9: R1 R2
a b
c
d e f
H H g Me Me h spiro- i
cyclohexane
Me Et j
H Me k H Et
Схема 8
H Bu
H
H Ph
propen-1-yl-1
H
H 2-py
Таблица 8. Условия синтеза 9a-k и выходы 9 τ/чa T/°Cb Выход (%)
a 3 50 68
b 7 50 91
c 10 50 45 d 10 50 43 e 3 60 75 f 10 60 74 g 10 60 57 h 10 50 55 i 3 100 85 j 10 50 48 k 8 50 42
2-furyl
На втором этапе взаимодействие гетероциклов 9a-k с триамминхромтрикарбонилом в среде диоксана при 120 °C и нагревании в течение 4—6 часов давало целевые продукты 7 (схема 9). При этом установлено, что соединения 7h,j,k, содержащие заместители пропен- 1-ил-1, 2-фурил и 2-пиридил соответственно, данным способом не образуются (из реакционных смесей удавалось выделить лишь исходные компоненты). Этот экспериментальный факт не вызывал удивления, так как известно, что большинство непредельных углеводородов, а также некоторые гетероциклы, такие как производные фурана и пиридина, при взаимодействии с гексакарбонилом хрома или
a Продолжительность. b Температура
триамминхромтрикарбонилом не дают соответствующих хромтрикарбонильных p-комплексов.
На втором этапе взаимодействие гетероциклов 9a-k с триамминхромтрикарбонилом в среде диоксана при 120 °C и нагревании в течение 4—6 часов давало целевые продукты 7 (схема 9). При этом установлено, что соединения 7h,j,k, содержащие заместители пропен-1-ил-1, 2-фурил и 2-пиридил соответственно, данным способом не образуются (из реакционных смесей удавалось выделить лишь исходные компоненты). Этот экспериментальный факт не вызывал удивления, так как известно, что большинство непредельных углеводородов, а также некоторые гетероциклы, такие как производные фурана и пиридина, при взаимодействии с гексакарбонилом хрома или триамминхромтрикарбонилом не
дают соответствующих хромтрикарбонильных p-комплексов.
Схема 9
Проведение синтеза соединений 7 данным методом показало, что диастереомеры образовывались в соотношении, близком к 1:1. Выделение данных комплексов осуществлялось с помощью колоночной хроматографии и в качестве элюента использовалась смесь гексана с этилацетатом. Выделить в чистом виде удалось те же комплексы, что и в случае реакции конденсации аминобензилового спирта с карбонильными соединениями. Выходы конечных продуктов варьировались в диапазоне 25-85%. Данные, полученные в результате их анализа методами ВЭЖХ, ИК-, УФ-, ЯМР 1Н-спектроскопии, соответствуют тем, что получены при анализе этих веществ, синтезированных методом конденсации.
В заключение следует отметить, что в результате проведенного исследования были впервые синтезированы и охарактеризованы различными методами (η6-арен)хромтрикарбонильные производные дигидро-3,1-бензоксазинов 7a-k, которые получались двумя независимыми методами: реакцией свободных от металла гетероциклов 9a-k с триамминхромтрикарбонилом и конденсацией хромсодержащего аминоспирта 3c с карбонильными соединениями 1a-c,e-l.
Показано, что метод конденсации хромсодержащего аминоспирта 3c с карбонильными соединениями 1a-c,e-l по сравнению с реакцией свободных от металла гетероциклов 9a-k с триамминхромтрикарбонилом позволяет синтезировать более широкий круг N-H-замещенных продуктов.
ВЫВОДЫ
3. Взаимодействием N-фенилпроизводных оксазолидинов и оксазинанов с триамминхромтрикарбонилом получены их η6-(арен)хромтрикарбонильные производные.
4. Установлена высокая региоселективность эквимолярной реакции 2,3-дифенилоксазолидина с триамминхромтрикарбонилом, в которой координация протекает по N-фенильному кольцу.
6. Реакцией конденсации (η6-2-аминобензилового спирта)хромтрикарбонила с рядом альдегидов и кетонов получены η6-(арен)хромтрикарбонильные комплексы дигидро-3,1-бензоксазинов.
8. Показано, что метод конденсации по сравнению с реакцией свободных от металла гетероциклов с триамминхромтрикарбонилом позволяет синтезировать более широкий круг η6- (арен)хромтрикарбонильных комплексов дигидро-3,1-бензоксазинов.