Відновлення
і відновна циклізація N-(3-оксоалкіл) карбоматов при взаємодії з боргідрідом натрію.
А.С. Фісюк, Е.А. Рижова, Б.В. Унковський, Омський державний університет, кафедра органічної
хімії
Відомо, що взаємодія N-(3-oкcoaлкіл) карбаматів
з комплексними гідридах металів приводить до N-(3-гідроксіалкіл) карбаматів [1,
2] або продуктів їх циклізації-тетрагідро-1 ,3-оксазін-2-Онам [3]. З метою виявлення
стереонаправленності реакції та факторів, що впливають на глибину її протікання, нами
було вивчено взаємодію сполук Іа-г з боргідрідом натрію. Ми встановили,
що продукти відновлення сполук Iв, д - N-(З-гідроксіалкіл) карбаматів Пв, д,
виділити не вдається, тому що в умовах реакції вони є стабільними і перетворюються на
тетрагідро-1 ,3-оксазін-2-они IIIв, д. З'єднання Iв вдалося отримати лише в нейтральній
середовищі, яке ми підтримували додаванням в реакційну суміш фосфатного буфера
(схема 1).
a. R1 = R2 =
Me, R3 = R4 = R5 = H;
б. R1 = R2 = R4 = Me, R3 = R5 = H;
в. R1 = R4 = R5 = Me, R2 = R3 = H;
р. R1 = Me, R2 = R5 = H, R3 + R4 = (СH2) 4;
д. R3 + R4 = (СH2) 4; R3,
R4 + R5 = (СH2) 5;
Схема 1.
метил-N-(3-гідрокси-2-метілбутіл) карбаматів Іа, що має меншу
число заступників в ал-кільном фрагменті, менш схильний до циклізації в порівнянні
з IIВ, д, що дозволило його отримати з Іа у відсутність буферної суміші. Тільки збільшення
рН реакційного середовища призводить до перетворення На в 1,3-оксазін Ilia. Здійснити циклізація
незаміщених метил-N-(3-гідроксіпропіл-1) карбаматів IIе (R1 = R2 = R3 = R4 = R5H) в тетрагідро-1 ,3-окса-зін-2-он
в аналогічних умовах не вдається. Аномальне поведінку незаміщених циклічних
карбаматів (їх нестабільність при перегоні, схильність до розмикання циклу і полімеризації)
відзначалося в роботах [4, 5, 6]. У той же час заміщені тетрагідро-1 ,3-оксазін-2-они
менш схильні до полімеризації [4]. Для пояснення ефекту прискореної циклізації
по-лізамещенних біфункціональних з'єднань раніше була запропонована термодинамічна
концепція [7], заснована на. порівнянні ентальпії і ентропії для лінійних і циклічних
структур. У ряді заміщених гексанов і циклогексаном показано, що за наявності в
циклі алкіл-них заступників є менше скошених незв'язаних взаємодій,
ніж у з'єднань з відкритими ланцюгами. Це означає, що енталь-пійние фактори в більшій
мірою сприяють циклізації метілзамещенной ланцюга в порівнянні з незаміщених.
Розгалуження обмежують внутрішнє обертання, знижують ентропію з'єднань з відкритою
ланцюгом, але не можуть суттєво змінити ентропію циклічних сполук, що мають
меншу свободу внутрішнього обертання.
Механізм утворення тетрагідро-1 ,3-окса-зін-2-онів
III, ймовірно, включає в себе каталізуються підставою циклізація N-(3-гідроксіалкіл) карбаматів
в 2-гем-заміщений тетраедричних інтермедіатів Б, стабілізуючий елімінування
метокси-або меркапто-аніону. Підвищення рН середовища збільшує швидкість реакції за
рахунок збільшення концентрації аніону А.
Взаємодія карбаматів iГ з NaBH4 призводить до суміші
(4а, 8а-транс, 4а ,4-транс) - і (4a, 8a-транс, 4а ,4-цис)-4-метілоктагідро-2Н-3 ,1-бензоксазин-2-онів
IIIг, з переважанням останнього (1/4), в результаті циклізації проміжно утворюються
N-(3-гідроксіалкіл) карбаматів з конфігураціями анти, анти-IIг і анти, син-IIг. Взаємодією
з'єднання син-16 з боргідрідом натрію була отримана суміш оксазі-нов 4,5-цис-5 ,6-транс-ІІІб
і 4,5-цис-5 ,6-цис-ІІІб у співвідношеннях 4:1. Склад продуктів відновної циклізації
карбаматів Іб, г свідчить про протікання нуклеофільного атаки атома вуглецю
карбонільної групи гідрид-аніоном переважно з менш ускладненою боку
, Що відповідає "відкритої" моделі 1,2-асиметричною індукції (схема
2).
Схема 2.
Таким чином, нами вивчено поведінку N-(З-оксоалкіл) карбаматів
в умовах боргідрід-ного відновлення і показано, що в залежності від рН реакційної
середовища і будівлі початкової сполуки воно може призводити до утворення Н-(3-гідроксіалкіл) карбаматів
або тетрагідро-1 ,3-оксазін-2-онів. Відновлення карбонільної групи протікає
діастереоселектівно відповідно до "відкритої" моделлю 1,2-асиметричною
індукції.
Експериментальна частина
Спектри ЯМР 1Н записані на спектрометрі Broker M-250
(250 МГц) в розчині CDCI3 з внутрішнім стандартом ГМДС. ІЧ-спектри реєстрували
на приладі Specord IR-75. Знайдені значення елементного аналізу синтезованих
з'єднань відповідають обчислень. N-(3-оксоалкіл) карбаматів Іа-д отримували по
методикою роботи [3]. За цією ж методикою ацілірованіем 1,3-амінопропанола метілхлорформатом
з виходом 60% отримано підключення IIе.
Ткип. 98-100 ° С/4 мм рт.ст. ІЧ-спектр (v, см -1, плівка);
1710 (NC = 0); 3040-3500 (NH, OH).
N-(3-гідроксі-1 ,1-діметілбутіл) метілкарбамат (IIВ). До
суміші, яка містить 10,42 г дигідрофосфату натрію, 23,82 г гідрофосфату натрію,
22 ммоль карбаматів 1в в 150 мл метанолу додають по краплях при перемішуванні
22 ммоль боргідріда натрію в 8 мл води. Через 1 год реакційну масу розбавляють
150 мл води і 100 мл ефіру, органічний шар відокремлюють, водний екстрагуються ефіром
(3 х 70 мл). Об'єднаний ефірний екстракт промивають водою (2 X 100 мл), сушать сульфатом
магнію, ефір відганяють, залишок переганяють у вакуумі
Вихід 92%. Ткип. 88-90 ° С/0.26 мм рт.ст. ІЧ-спектр
(v, см -1, плівка): 1695 (NC = 0); 3140-3480 (NH, OH).
N-(3-гідроксі-2-метілбутіл) метілкарбамат (ІІІа-д). З'єднання
Іа відновлюють аналогічно Iв у відсутність буферної суміші. Через 1 год після додавання
боргідріда натрію реакційну суміш підкислює концентрованою соляною кислотою
до рН ~ 7, метанол видаляють під вакуумом. До залишку додають 5-10 мл води і екстрагуються
ефіром (3х30 мл). Об'єднаний ефірний екстракт промивають водою насиченим розчином
NaCl, сушать сульфатом магнію, ефір відганяють, залишок переганяють у вакуумі.
Вихід 86%. Ткип. 93-96 ° С/0.30 мм рт.ст. ІЧ-спектр (v,
см-1, плівка): 1695 (NC = 0); 3130-3500 (NH, OH).
тетрагідро-1 ,3-оксазін-2-они IIIa-д. У розчин 24.5 ммоль
карбаматів Іа-д в 40 мл спирту порціями вносять 24.5 ммоль боргідріда натрію, перемішують
1 год, додають 20 мл 5М розчину гідроксиду натрію в спирті і залишають на ніч.
Далі спирт відганяють, в залишок додають 20 мл води і екстрагуються хлороформом
(3х30 мл). Об'єднаний хлороформний екстракт промивають водою, насиченим розчином
NaCl, сушать над CaCl2, розчинник відганяють.
Оксазін Шв з 1в отримують аналогічно, без додавання розчину
гідроксиду натрію. ІІІб.
Вихід (цис-, ціс-/транс-, цис-; 1/4) 72%. Тпл 113-114 ° С (ацетон).
Спектр ПМР цис-.транс-ІІІб (
