К готовому гетероциклическому фрагменту, используя реакцию Бартона-Зарда, присоединяют пиррольный цикл

1.         К готовому гетероциклическому фрагменту, используя реакцию Бартона-Зарда, присоединяют пиррольный цикл.

2.         К готовому пиррольному циклу, имеющему функциональные группы в b-положениях наращивают гетероциклический фрагмент.

На основе первого подхода было решено провести конденсацию 2-метил-6-нитробензотиазола (47) и этилового эфира изоциануксусной кислоты (51) в присутствии сильных ненуклеофильных оснований, т.е. в условиях реакции Бартона-Зарда [7,20,21].

Нитрование 2-метилбензотиазола (46) проводили нитрующей смесью при нагревании до 900 в течение 5 часов, выход 2-метил-6-нитробензотиазола (47) составил 20%.

Исходным соединением в синтезе этилового эфира изоциануксусной кислоты (51) являлся глицин (48), который превращали в хлоргидрат глицинэтилового эфира (49) действием тионилхлорида в этаноле при кипячении с обратным холодильником в течение 2 часов. Выход продукта составил 94%. Полученный хлоргидрат глицинэтилового эфира (49) кипятили в этилортоформиате в присутствии толуолсульфокислоты и триэтиламина в течение 20 часов. Получили этиловый эфир N-формилглицина (50) с выходом 66%, который после обработки POCl3 в триэтиламине и дал этиловый эфир изоциануксусной кислоты (51) с выходом 76%. Все синтезированные продукты были охарактеризованы спектральными методами и были определены их физико-химические константы [16].

Полученные 2-метил-6-нитробензотиазол (47) и этиловый эфир изоциануксусной кислоты (51) растворяли в абсолютном ТГФ и вводили в конденсацию в присутствии сильных оснований (условия проведения реакций и обработка приведены в таблице). Однако реакция протекала плохо, в основном возвращался исходный 2-метил-6-нитробензотиазол (47) и получалось множество продуктов, суммарный вес которых незначителен.

Реакция 2-метил-6-нитробензотиазола и этилового эфира изоциануксусной кислоты.

Отношение 2‑метил‑6‑нитробензотиазола к этиловому эфиру изоциануксусной кислоты.	Раствори­тель, объем (на 0,1 г 2-метил-6-нитробензотиазола) (мл)	Основание, отношение к 2‑метил‑6‑нитробензотиазолу	Условия проведения реакции, обработка.
1:1.1	ТГФ абс. , 50 мл	DBU, 1: 1.1	100 часов при комнатной температуре.
1:1.1	ТГФ абс. , 50 мл	DBU, 1: 1.1	Кипячение 12 часов.
1:1.1	ТГФ абс. , 50 мл	(Et2N)3P=NEt, 1:1	24 часа при 200 и 4 часа при 600, разбавляют CHCl3 и промывают водой.
1:1.1	ТГФ абс. , 50 мл	(Et2N)3P=NEt, 1:2	200 часов при 200, разбавляют CHCl3 и промывают водой.
1:1.1	ТГФ абс. , 50 мл	(Et2N)3P=NEt, 1:2	200 часов при 500, разбавляют CHCl3 и промывают водой.
1:1.1	ТГФ абс. , 40 мл	NaH, 1:1	72 часа при при 200, разбавляют CHCl3 и промывают водой.
1:1.1	ТГФ абс. , 40 мл	NaH, 1:2	72 часа при при 200, разбавляют CHCl3 и промывают водой.
1:1.1	ТГФ абс. , 40 мл	NaH, 1:2	72 часа при при 500, разбавляют CHCl3 и промывают водой.

Использование данного подхода было признано не эффективным, таким образом, было решено перейти к второму подходу. Предполагалось присоединить тиазольный или имидазольный фрагмент по b-положениям пиррола. С этой целью необходимо было разработать удобные методы синтеза b,b’-диаминопиррола или b-галоген-b’-аминопиррола. Аминогруппы предполагалось получать путем восстановления нитрогрупп, и задача сводилась к получению нитропирролов.

Первоначально для нитрования был выбран 2,5-диметилпиррол (56), который был синтезирован по следующей схеме:

Алкилирование ацетоуксусного эфира (52) проводили бромацетоном (53), полученным предварительно с выходом 40% при обработке ацетона бромом в водной уксусной кислоте при 700 в течение 2 часов. Алкилирование ацетоуксусного эфира (52) проводили двумя способами: 1) с использованием катализатора межфазного переноса [74]; 2) по стандартной методике с использованием этилата натрия. Выход реакции алкилирования по первому методу составил 20%, а по второму – 53%, поэтому для наработки ацетонилацетоуксусного эфира (54) был выбран последний способ. Полученный ацетонилацетоуксусный эфир (54) декарбоксилировали при кипячении с обратным холодильником в течение 1 часа 20% водным раствором поташа. Выход 2,5-гександиона (55) составил 65%. Замыкание полученного 2,5-гександиона (55) в пиррольный цикл проводили ацетатом аммония в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида при комнатной температуре в течение 0,5 часа. Выход 2,5-диметилпиррола (56) составил 57%. Нитрование 2,5-диметилпиррола (56) проводили при –550 смесью 92% HNO3 и уксусного ангидрида, однако, даже в таких мягких условиях произошло раскрытие цикла, и в качестве продукта был выделен 2,5-гександион (55). Все синтезированные продукты были охарактеризованы спектральными методами и были определены их физико-химические константы. Так как известно, что введение акцепторных заместителей приводит к стабилизации пиррольного цикла, поэтому было решено вводить нитрогруппы в пиррол, содержащий акцепторные группы. С этой целью в качестве соединения для введения нитрогрупп был выбран 2,5-диформилпиррол (61). Существующие методики получения 2,5-диформилпирролов [75-82] отличаются многостадийностью, малой доступностью исходных реагентов и умеренными выходами. Поэтому необходимо было разработать простой и эффективный метод получения этого соединения. В качестве исходного соединения был выбран пиррол. Введение первой формильной группы не представляет труда и описано в литературе [83]. Формилирование пиррола (57) проводили по стандартной методике комплексом Вильсмеера при 350 в течение 0,5 часа, гидролиз проводили при кипячении в водном растворе ацетата натрия в течение 0,5 часа, выход 2-формилпиррола (58) составил 64%. Прямое формилирование 2-формилпиррола (58) приводит главным образом к 2,4-диформилпирролу и к 0,3% 2,5-диформилпиррола (61) [75]. Для введения альдегидной группы в 5-положение необходимо было ввести группу с одной стороны направляющую в это положение, а с другой стороны легко снимаемую в результате обработки. В качестве такой группы была выбрана дикарбоэтоксивинильная группа. 2-(Пиррол-2-илметилен)малоноат (59) получали при кипячении в бензоле 2-формилпиррола (58) и диэтилмалонового эфира в присутствии пиперидина и уксусной кислоты в течение 1 часа. Продукт без дополнительной очистки был направлен на следующую стадию.

Формилирование 2-(пиррол-2-илметилен)малоноата (59) проводили комплексом Вильсмеера при 400. В зависимости от условий проведения гидролиза полученной соли возможно выделить продукт формилирования без снятия защитной группы. Так при проведении гидролиза насыщенным раствором ацетата натрия при комнатной температуре образуется 2‑[(5‑формилпиррол-2-ил)метилен]малоноат (60) с выходом 55%, который был полностью охарактеризован спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf = 0,7 (Хл:МеОН 9:1); ТПЛ = 98–1000; ПМР d (м.д.): 1.31–тр. (3H; CH2CH3, J=7.26 Гц); 1.37–тр. (3H; CH2CH3, J=7.26 Гц); 4.30–кв. (2H; CH2, J=7.26 Гц); 4.38–кв. (2H; CH2, J=7.26 Гц); 6.68–д.д. (1H; CH, J=2.14 Гц); 6.94–д.д. (1H; CH, J=2.14 Гц); 7.57–c. (-CH=C); 9.65‑с. (CHO); 11.53‑уш.c. (1H; NH); 13С‑ЯМР d (м.д.): 13.88 (OCH2CH3); 13.99 (OCH2CH3’); 61.60 (О‑CH2); 62.11 (О‑CH2’); 119.53 (=С-); 120.49 (С‑4); 121.92 (С-3); 131.85 (C-5); 134.09 (-C=); 135.63 (C-2); 163.30 (С=О); 166.66 (С=О’); 179.78 (CHO). ИК (вазелиновое масло) n (cм‑1): 3300, 1730, 1700, 1670, 1620, 1550. Масс-спектр m/z (%): 265 (71%), 173 (100%), 145 (46%), 119 (30%), 91 (28%), 65 (30%), 39(15%).

При гидролизе с применением 3М NaOH и кипячении в течение 1 часа образуется 2,5-диформилпиррол (61) с выходом 53%, который был охарактеризован спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf = 0,3 (Хл:МеОН 9:1); ТПЛ = 112–1140; ПМР d (м.д.): 7.02–д. (2H; CH, J=2 Гц); 9.77‑с. (2H; CHO); 10.38‑уш.c. (1H; NH); ИК (вазелиновое масло) n (cм‑1): 3140, 1720, 1700. Масс-спектр m/z (%): 123 (65%), 94 (18%), 66 (60%), 39(100%).

Полученный 2,5-диформилпиррол (61) предполагалось пронитровать в b-положение. В качестве нитрующего агента использовали смесь 98% HNO3 и уксусного ангидрида. По литературным данным известно, что пиррольный цикл, содержащий акцепторные группы должен быть устойчив в указанных условиях. Действительно разрушения цикла не происходило, однако одна из альдегидных групп окислилась, о чем свидетельствует спектр ПМР выделенного продукта (62): ПМР (CDCl3-CD3OD) d (м.д.): 6.15–д. (1H; CH, J=4 Гц); 6.68–д. (1H; CH, J=4 Гц); 7.94‑с. (1H; CHO).

Поэтому было решено проводить реакцию нитрования 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63). Данный пиррол был получен конденсацией ацетонилацетоуксусного эфира (54) ацетатом аммония в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида при комнатной температуре в течение 20 минут с выходом 76%, характеристики полученного продукта совпали с литературными данными [84].

На этот раз прямое нитрование решили не использовать, так как велика вероятность раскрытия цикла и нитрогруппу решили вводить реакцией замещения галогена в b-положении на нитрогруппу при помощи нитрита серебра. Реакцию проводили двумя способами:

1)         одностадийный метод с использованием нитрита серебра и йода в ацетонитриле;

2)         двух стадийный метод, включающий первоначальное введение галогена, который затем замещается на нитрогруппу.

По первому способу введение нитрогруппы проводили обработкой 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63) в ацетонитриле смесью нитрита серебра и йода в соотношении 2:1 при комнатной температуре в инертной атмосфере в течение 48 часов, выход 2,5-ди­метил-3-карбоэтокси-4-нитропиррола (65) составил 18%, соединение было полностью охарактеризовано спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf=0.5(ПЭ:ЭА 1:1); Тпл= 110-1120 ; ПМР(CDCl3) d (м.д.): 1.35 м.д.-тр.(3Н, СН2‑СН3, J=7.1Гц); 2.35 м.д.-с.(3Н, СН3 ); 2.48 м.д.-с.(3Н, СН3); 4.32 м.д.-кв.(2Н, СН2-СН3, J=7.1Гц); 8.91 м.д.-уш.с.(1Н, NH). ИК(вазелиновое масло) n (см–1) : 3300, 1720, 1680, 1600. Масс-спектр m/z(%): 212 (19%), 166 (40%), 122 (43%), 92 (45%), 66 (28%), 54 (19%), 42 (100%).

 По второму способу сначала необходимо было получить b-галогензамещенный пиррол. Иодирование 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63) проводили в водно-метанольной смеси йодом в присутствии KI и поташа при 650 в течение 1,5 часов, выход 2,5-диметил-3-йод-4-карбоэтоксипиррола (64) составил 80%, соединение было полностью охарактеризовано спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf = 0,7 (Г:ЭА 1:1); ТПЛ =116-1200; ПМР (CDCl3) d (м.д.):1.34-тр. (3H; -CH2CH3; J=7.24 Гц) 2.22–с. (3H; CH3); 2.47–c. (3H; CH3); 4.26–кв. (2H; CH2; J=7.24 ГцРРHHsss); 8.18‑уш.c. (1H; NH). 13С‑ЯМР (CDCl3) d (м.д.): 13.89 (2-CH3); 14.19 (3-CH3); 14.30 (OCH2CH3); 59.58 (C-I); 63.03 (‑CH2-); 129.48 (C-5); 129.55 (C-4); 135.58 (C-2); 164.62 (C=O). ИК(вазелиновое масло) n (см‑1): 3256, 1675, 1217, 1099, 1029, 773. Масс спектр m/z (%): 293 (40%), 279 (20%), 264 (42%), 248 (28%), 219 (8%), 127 (12%),122 (25%), 93 (30%), 67 (35%), 51 (55%), 42 (100%).

Реакцию замещения йода на нитрогруппу проводили при кипячении 2,5-диметил-3-йод-4-карбоэтоксипиррола (64) с нитритом серебра в ацетонитриле в течение 2 часов, выход 2,5-ди­метил-3-карбоэтокси-4-нитропиррола (65) составил 47%. Таким образом, второй метод оказался более предпочтительным, так как суммарный выход по этому способу составляет 37%, а по первому методу - 18%.

Также предполагалось омылить и декарбоксилировать полученный 2,5-диметил-3-йод-4-карбоэтоксипиррол (64) для дальнейшего введения нитрогруппы, однако омыление в различных условиях приводило лишь к отщеплению йода (условия проведения реакций и обработка приведены в таблице).

Омыление 2,5-диметил-3-иод-4-карбоэтоксипиррола.

	Омыляющий реагент.	V, (мл)	Раство­ритель	V (на 0,5 г пиррола, мл)	Условия реакции, обработка.	Время реакции.	Продукт реакции омыления.
H3PO4		2 мл	–	–	1200	30 мин.	Выделяется I2, пиррол осмоляется.
20% раствор NaOH		2.16 мл	MeOH	4 мл	Кипячение, подкисляют конц. HCl	5,5 ч.	– “ – “ –
20% раствор NaOH		2.16 мл	MeOH	4 мл	Кипячение, подкисляют H3PO4: H2O 1:5	4 ч.	– “ – “ –
H2SO4 конц.		1.5 мл	–	–	400, промывают водой	30 мин.	– “ – “ –
30% раствор NaOH		2.16 мл	MeOH	5 мл	Кипячение, подкисляют конц. HCl	2 ч.	– “ – “ –
H2SO4 конц.		1.5 мл	–	–	200, промывают водой	2 ч.	– “ – “ –

Для синтеза нитро-галогензамещенного пиррола было решено использовать метод, описанный выше, поэтому необходимо было синтезировать b,b’-дийодпиррол.

Указанное соединение получали в две стадии: первоначально проводили омыление 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63) кипячением с 30% NaOH в метаноле в течение 9 часов, выход 2,5-диметил-3-карбоксипиррола (66) составил 65%; иодирование проводили в водно-метанольной смеси йодом в присутствии KI и поташа при 650 в течение 1,5 часов, выход 2,5-диметил-3,4-дийодпиррола (67) составил 45%. Соединение было охарактеризовано спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf = 0,8 (Г:ЭА 1:3); ТПЛ =116-1200 (разл.); ПМР d (м.д.): 2.28–с. (6H; CH3); 8.01‑уш.c. (1H; NH); Масс спектр m/z (%): 347 (100%).

 Реакцию замещения йода на нитрогруппу проводили по отработанной методике - при обработке 2,5-диметил-3,4-дийодпиррола (67) с нитритом серебра в ацетонитриле в течение 24 часов при комнатной температуре. В результате хроматографирования на колонке с силикагелем, было выделено 3 продукта (А, Б, В), которые были проанализированы с помощью Н1‑ЯМР спектроскопии. ПМР (CD3OD) d (м.д.): (А)‑ 2.21-с.(1Н); 2.54-c. (1H). (Б)- 1.45-c.(4H); 1.47-c.(18H); 2.18-c.(6H); 2.41-c.(4H); 3.35-c.(4H). (B)-1.43-c.(9H); 1.46-д.(2H); 1.62-c.(1H); 1.87‑c.(1H); 1.98-д.(2H); 2.42-c.(3H); 3.34-c.(3H); 6.51-c.(3H).

Основным является продукт (А) в ПМР-спектре которого наблюдалось 2 синглета одинаковой интенсивности в области 2.21 и 2.54 м.д., что позволило предположить о наличие двух неэквивалентных метильных группы в пиррольном кольце. Полученное соединение было проанализировано с помощью масс-спектрометрии MALDI. . Масс спектр m/z (%): 404 (100%); 388 (70%); 246 (42%). Полученные значения для молекулярных ионов оказались неожиданно высокими, что позволило предположить о наличии сложных структур, включающих в себя Ag+, что в последующем было подтверждено качественной реакцией на ионы серебра. Однако для установления структуры полученных комплексных соединений требуются дополнительные исследования.