Поступило в редакцию: февраль 2012

УДК 547.831 + 547.556.8

Fluorine Notes, 2012, 81, 3-4

Взаимодействие 2-замещенных 7,7-диметил-5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновых кислот с пентафторфенилгидразином. Синтез 5-замещенных 8,8-диметил-2-пентафторфенил-3,7,8,9-тетрагидро-2Н-пиридо[4,3,2-de]циннолин-3-онов

Д А. Руденко, В.И. Карманов¹, П.Т. Павлов, М.И. Вахрин, С.Н. Шуров, Л.Н. Баженова²

ГОУ ВПО "Пермский государственный национальный исследовательский университет",
614990, Пермь, ул. Букирева 15, тел.: +7(342)239-66-12
e-mail: seshurov@yandex.ru

¹Институт технической химии УрО РАН, 614013, Пермь, ул. Академика Королева, 3
²Институт органического синтеза им. И. Я. Постовского УрО РАН, 620041, Екатеринбург, ул.С.Ковалевской, 22 / Академическая, 20

Аннотация. Показано, что при взаимодействии 2-замещенных 7,7-диметил-5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновых кислот и пентафторфенилгидразина, взятых в эквимолярных количествах, образуются соответствующие 5-замещенные 8,8-диметил-2-пентафторфенил-3,7,8,9-тетрагидро-2Н-пиридо[4,3,2-de]циннолин-3-оны. Строение полученных соединений подтверждено данными ЯМР 1Н и 19F спектроскопии.

Ключевые слова: 2-замещенные 7,7-диметил-5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновые кислоты, пентафторфенилгидразин, 5-замещенные 8,8-диметил-2-пентафторфенил-3,7,8,9-тетрагидро-2Н-пиридо[4,3,2-de]циннолин-3-оны.

Известно, что эфиры 2-замещенных 5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновых кислот реагируют с гидразином с образованием 5-замещенных 3,7,8,9-тетрагидро-2Н-пиридо[4,3,2-de]циннолин-3-онов [1]. Аналогичные результаты были получены при исследовании взаимодействия 2-замещенных 7,7-диметил-5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновых кислот с гидразином, а также его этил- и фенил- производными [2]. Формирование пиридазинового фрагмента объясняется участием в реакции обоих атомов азота молекул гидразина и его монопроизводных. Пентафторфенилгидразин в подобных реакциях исследован не был. Интерес к этому соединению обусловлен тем, что нуклеофильность атомов азота N¹ и N² в молекуле существенно отличается, и, вероятнее всего, во взаимодействии может участвовать только атом азота N². Этот вывод сделан на основании проведенного неэмпирического квантово-химического расчета  полных зарядов атомов азота по Левдину молекулы пентафторфенилгидразина.

Установлено, что в результате  взаимодействия 2-замещенных 7,7-диметил-5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновых кислот 1a-i и пентафторфенилгидразина (2), взятых в эквимолярных количествах, с хорошими выходами образуются соответствующие 5-замещенные 8,8-диметил-2-пентафторфенил-3,7,8,9-тетрагидро-2Н-пиридо[4,3,2-de]циннолин-3-оны 5a-i.

Полученные пиридо[4,3,2-de]циннолин-3-оны 5a-i представляют собой бесцветные кристаллические вещества. Выходы, температуры плавления и данные элементного анализа синтезированных соединений представлены в таблице 1.

Таблица 1. Выходы, температуры плавления и данные элементного анализа соединений 5a-i.

Соединение	Брутто-формула	Найдено, % Вычислено, %				Т. пл., °С (раств.)	Выход, %
		С	H	N	F
5a	C22H20F5N3O	60.41 60.41	4.52 4.61	9.47 9.61	21.47 21.82	98-99 (EtOH)	75
5b	C24H16F5N3O	62.87 63.02	3.60 3.53	9.16 9.19	20.77 20.77	174-175 (BuOH)	72
5c	C25H18F5N3O	63.92 63.69	3.81 3.85	8.91 8.91	20.08 20.15	195-196 (BuOH)	72
5d	C25H18F5N3O	61.59 61.60	3.50 3.72	8.58 8.62	19.50 19.49	174-175 (EtOH)	83
5e	C26H20F5N3O2	62.46 62.28	3.89 4.02	8.48 8.38	18.85 18.94	133-134 (EtOH)	68
5f	C24H15BrF5N3O	53.77 53.75	2.88 2.82	7.77 7.84	17.67 17.71	211-212 (BuOH)	69
5g	C24H15ClF5N3O	58.74 58.61	3.26 3.07	8.54 8.54	19.61 19.31	194-195 (BuOH)	67
5h	C28H18F5N3O	66.41 66.27	3.61 3.58	8.28 8.28	18.75 18.72	163-164 (BuOH)	63
5i	C27H22F5N3O	65.03 64.93	4.28 4.44	8.34 8.41	19.03 19.02	192-193 (BuOH)	85

Схема образования соединений 5a-i включает присоединение молекулы пентафторфенилгидразина (2) к атому углерода С⁵ исходной кислоты 1a-i и циклизацию образующегося интермедиата 3a-i за счет внутримолекулярной нуклеофильной атаки атома азота, связанного с пентафторфенильным радикалом, атома углерода карбоксильной группы. Отщепление двух молекул воды от интермедиата 4a-i дает продукт реакции 5a-i. По-видимому, внутримолекулярная нуклеофильная атака (интермедиат 3a-i) более благоприятна, по сравнению с возможной дегидратацией с образованием соответствующих пентафторфенилгидразонов 6a-i.

Строение продуктов реакции подтверждено данными ИК и ЯМР ¹Н и ¹⁹F спектроскопии (таблица 2). Так, в ИК спектрах соединений 5a-i присутствует характеристическая полоса валентных колебаний связи С³=О в области 1681-1695 см^-1, а также полоса валентных колебаний связи C-F в области 993-1005 см-1 и интенсивная полоса в области 1586-1596 см^-1, которую можно отнести к валентным колебаниям связей С=N и C=C. В ЯМР ¹Н спектрах присутствуют сигналы метильных протонов в области 1.14-1.21 м.д., метиленовых протонов С⁷Н₂ и С⁹Н₂ в области 3.03-3.17 и 2.82-2.91 м.д., соответственно, и  протона С⁴Н в слабом поле 7.64-8.44 м.д., а также сигналы  протонов заместителей R.

Таблица 2. ИК и ЯМР ¹Н спектры соединений 5a-i .

Соединение	ИК спектр, ν, см-1			Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д. (J, Гц)
	С=С + C=N	C3=O	С–F	6H, 2CH3 (c)	2H, C7H2 (c)	2H, C9H2 (c)	1H, C4H (c)	Сигналы R
5a	1596	1687	998	1.14	3.09	2.82	7.97	1.44 (9Н, c, C(CH3)3)
5b	1591	1681	993	1.17	3.17	2.85	8.43	7.49-7.59 (3Н, м, C6H5) 8.27-8.30 (2Н, м, C6H5)
5c	1587	1688	1002	1.17	3.16	2.84	8.41	2.41 (3Н, с, CH3) 7.37 (2Н, д, J = 8.0, H Ar) 8.20 (2Н, д, J = 8.0, H Ar)
5d	1591	1684	1003	1.17	3.13	2.83	8.35	3.89 (3Н, с, ОСН3) 7.10 (2Н, д, J = 9.0, H Ar) 8.27 (2Н, д, J = 9.0, H Ar)
5e	1586	1689	1003	1.17	3.13	2.82	8.35	1.40 (3Н, т, J = 7.0, ОСН2СН3) 4.15 (2Н, к, J = 7.0, ОСН2СН3) 7.08 (2Н, д, J = 9.0, H Ar) 8.26 (2Н, д, J = 9.0, H Ar)
5f	1596	1688	1004	1.17	3.17	2.85	8.44	7.72 (2Н, д, J = 9.0, H Ar) 8.25 (2Н, д, J = 9.0, H Ar)
5g	1598	1687	1005	1.17	3.16	2.85	8.43	7.57 (2Н, д, J = 9.0, H Ar) 8.31 (2Н, д, J = 9.0, H Ar)
5h	1592	1689	999	1.21	3.03	2.91	7.64	7.82-7.50 (4Н, м, С10Н7) 8.23-8.02 (3Н, м, С10Н7)
5i	1596	1695	998	1.17	3.14	2.86	8.05	2.29 (6H, c, 2CH3) 2.39 (3H, c, CH3) 7.11 (1H, c, C6H2(СН3)3) 7.37 (1H, c, C6H2(СН3)3)

В спектрах ЯМР ¹⁹F присутствуют характерные сигналы пентафторфенильной группы (таблица 3).   

Таблица 3. ЯМР 19F спектры соединений 5a-i.

Соединение	Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д. (J, Гц)
	Fp (т)	Fo (д)	Fm (гр. с)
5a	-78.36 J = 14	-70.08 J = 14	-87.35
5b	-78.28 J = 20	-69.86 J = 20	-87.25
5c	-78.32 J = 17	-69.91 J = 17	-87.28
5d	-78.39 J = 17	-69.90 J = 17	-87.32
5e	-78.39 J = 20	-69.88 J = 20	-87.31
5f	-78.20 J = 14	-69.81 J = 14	-87.22
5g	-78.21 J = 17	-69.80 J = 17	-87.22
5h	-78.63 J = 14	-70.34 J = 14	-87.67
5i	-74.54 J = 17	-67.80 J = 17	-83.91

Таким образом, на основе взаимодействия 2-замещенных 7,7-диметил-5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновых кислот с пентафторфенилгидразином разработан эффективный способ получения 5-замещенных 8,8-диметил-2-пентафторфенил-3,7,8,9-тетрагидро-2Н-пиридо[4,3,2-de]циннолин-3-онов. Показано, что природа радикала в положении 2 исходных кислот не оказывает существенного влияния на выход целевых продуктов.

Экспериментальная часть

ИК спектры соединений 5a-i сняты на ИК-Фурье спектрометре IFS 66ps  "Bruker" (в суспензии вазелинового масла). Спектры ЯМР ¹Н и ¹⁹F  записаны на приборе Varian MERCURY+300 при 300 МГц и 282 МГц соответственно в растворах ацетона-d6, внутренние стандарты – ГМДС (δ = 0.059 м. д.) и трифторуксусная кислота (δ = 0.00 м. д.). Элементный анализ выполнен с использованием аттестованных методик измерений:
МВИ 88–16358–124–2011 "Методика измерений массовой доли углерода, водорода и азота в органических соединениях» на автоматическом анализаторе "CHN" РЕ-2400, с.II (PerkinElmerInstruments, США) и МВИ 88–16358–95–2009 "Определение массовой доли фтора в органических соединениях спектрофотометрическим методом". Данные исследования проводились на спектрофотометре "Specord 200" PC ("Analitic Jena AG" Германия).

Квантово-химические расчеты выполнены с помощью пакета программ Firefly [3] на персональном компьютере Toshiba 400 PORTEGE.

5-Замещенные 8,8-диметил-2-пентафторфенил-3,7,8,9-тетрагидро-2Н-пиридо[4,3,2-de]циннолин-3-оны 5a-i (общая методика). Смесь 3 ммоль соответствующей 2-замещенной 7,7-диметил-5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновой кислоты 1a-i и 3 ммоль (0.6 г) пентафторфенилгидразина (2) кипятят в 30 мл бутилового или этилового спирта в течение 2 ч. Реакционную смесь охлаждают, выпавший осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из этилового или бутилового спирта.

 

Список литературы

1. Mulamba T., El Boukili-Garre R., Seraphin D., Noe E., Charlet-Fagnere C., Henin J., Laronze J., Sapi J., Barret R., Laronze J-Y., Levy J. Synthesis of compounds with the novel 2,3,7-triazaphenalene ring system // Heterocycles. 1995. Vol. 41. N 1. Р. 29-36. .
2. Шуров С. Н., Руденко Д. А., Карманов В. И., Наймушина Я. А. Взаимодействие 2-арил-7,7-диметил-5-оксо-5,6,7,8-тетрагидрохинолин-4-карбоновых кислот с гидразинами. Синтез 5-арил-8,8-диметил-8,9-дигидро-2Н-пиридо[4,3,2-de]циннолин-3(7Н)-онов. Сб. тез. докл. III Международной конференции «Химия гетероциклических соединений», посвященная 95-летию со дня рождения профессора А. Н. Коста. Москва, 2010. С. 175.
3. Granovsky А. А. Firefly version 7.1.G. URL: http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html (дата обращения: 02.11.2011).

Материал рекомендован к публикации членом редколлегии д.х.н. А.Я. Запеваловым

 

Fluorine Notes, 2012, 81, 3-4