Способ получения 2,7-дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропиренов

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, конкретно, к способу получения 2,7-дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропиренов общей формулы (1):

Полиядерные соединения, в том числе производные пирена и их аналоги представляют интерес в качестве органических люминофоров (Katz Н.Е., Johnson J., Lovinger A.J., Li W.J. Am. Chem. Soc, 2000, 122, 7787), эффективных лекарственных препаратов (Roknic S., Glavas-Obrovac L., Karner I., Piantanida I., Zinic M., Pavelic K. Chemotherapy, 2000, 46, 143; Andricopolo A.D., Muller L.A., Filho V.C., Cani G.-N.R.J., Yunes R.A. Farmaco, 2000, 55, 319), люминесцентных интеркаляторов [Brim A.M., Harriman A.J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 3656], а также потенциальных «строительных блоков» для конструирования различных наноструктур [Боровлев И.В., Демидов О.П. ХГС, 2008, 1613).

Известен способ [А.V. Aksenov, I.V. Borovlev, I.V. Aksenova, S.V. Pisarenko, and D.A. Kovalev. Tetrahedron Lett., 2008, 49, 707] получения 2,7-диазапирена (2) взаимодействием дигидроазафеналена с сим-триазином.

Известный способ не позволяет получать 2,7-дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирены общей формулы (1).

Известен способ получения [И.В. Боровлев, А.В. Аксенов, И.В. Аксенова, С.В. Писаренко. Изв. АН, Сер. хим., 2007, 2275] 1,3,7-триазапирена (3) взаимодействием ароматического диамина с триазином в присутствии полифосфорной кислоты (РРА) при температуре свыше 100°C.

Известным способом не могут быть получены 2,7-дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирены общей формулы (1).

Известен способ получения [P. Neumann, A. Aumueller, Н. Trauth. US Patent 4,904,779 (1990)] бис(пиперидинил)гексаазапергидропирена (4) трехкомпонентной конденсацией 4-аминопиперидина, параформальдегида и 1,4,5,8-тетраазадекалина в среде этанола в присутствии в качестве катализатора сильнокислого катионита Lewatit.

Известный способ не позволяет получать 2,7-дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирены общей формулы (1).

Известен способ получения [Elena В. Rakhimova, Rinat A. Ismagilov, Ekaterina S. Meshcheryakova, Leonard M. Khalilov, Askhat G. Ibragimov, Usein M. Dzhemilev. Tetrahedron Letters, 2014, 55, 46, 6367-6369.] 2,7-диалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропиренов (5) взаимодействием N,N-бис(метоксиметил)-N-алкиламинов с 1,4,5,8-тетраазадекалином в присутствии катализатора на основе Sm.

Известный способ не позволяет получать 2,7-дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирены общей формулы (1).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения о получении 2,7-дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропиренов общей формулы (1).

Предлагается новый способ получения 2,7-дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропиренов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии 1,3,5-трициклоалкил-1,3,5-триазина, где R - циклопропил, циклопентил, циклогексил, тетрагидропиран, циклогептил, циклооктил, норборнил, с 1,4,5,8-тетраазадекалином в присутствии катализатора NiCl₂, взятых в мольном соотношении 1,3,5-трициклоалкил-1,3,5-триазин : 1,4,5,8-тетраазадекалин : NiCl₂ = 2:1:(0.03-0.07), предпочтительно 2:1:0.05. Смесь перемешивают 2.5-3.5 ч при температуре 20°C и атмосферном давлении в среде метанола. Выход 2,7-дициклоалкил-2,3a,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропиренов (1) составляет 71-93%. Реакция протекает по схеме:

2,7-Дициклоалкил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирены общей формулы (1) образуются только лишь с участием 1,3,5-трициклоалкил-1,3,5-триазинов и 1,4,5,8-тетраазадекалина взятых в мольном соотношении 2:1 (стехиометрические количества). При другом соотношении исходных реагентов снижается выход целевого продукта (1). Без катализатора реакция идет с выходом не более 10%.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора NiCl₂ больше 7 мол. % не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора NiCl₂ менее 3 мол. % снижает выход (1), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при температуре 20°С. При температуре выше 20°С (например, 60°С) увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 20°С (например, при 0°С) снижается скорость реакции. Опыты проводили в среде метанола, т.к. в нем хорошо растворяются исходные соединения.

Существенные отличия предлагаемого способа

В известном способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента N,N-бис(метоксиметил)-N-алкиламина под действием катализатора SmCl₃⋅6H₂O.

В предлагаемом способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента 1,3,5-трициклоалкил-1,3,5-триазина под действием катализатора NiCl₂. В отличие от известных предлагаемый способ позволяет получать индивидуальные 2,7-дициклоалкил-2,3a,5а,7,8а,10a-гексаазапергидропирены общей формулы (1), синтез которых в литературе не описан.

Способ поясняется примерами

Пример 1. В круглодонную колбу, установленную на магнитной мешалке, при температуре ~20°C помещают 0.41 г (2 ммоль) 1,3,5-трициклопропил-1,3,5-триазина в 10 мл метанола и 0.006 г (0.05 ммоль) NiCl₂, затем добавляют 0.14 г (1 ммоль) 1,4,5,8-тетраазадекалина. Реакционную смесь перемешивают при температуре ~20°C в течение 3 ч и очищают колоночной хроматографией на SiO₂, выделяют 2,7-дициклопропил-2,3a,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирен с выходом 89%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл. 1.

Все опыты проводили в среде метанола при комнатной температуре (~20°C).

Спектральные характеристики 2,7-дициклопропил-2,3a,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирена¹ (¹Контроль реакции осуществляли методом ТСХ на пластинах Silufol W-254, проявляли парами I₂. Для колоночной хроматографии использовали силикагель КСК (100-200 мкм). Масс-спектры получены на приборе MALDI TOF/TOF AUTOFLEX III фирмы Bruker. Спектры ЯМР ID (¹H, ¹³C) и 2D (COSY, NOESY, HSQC, HMBC) сняты на спектрометре Bruker Avance 400 (100.62 МГц для ¹³C и 400.13 МГц для ¹H) по стандартным методикам фирмы Bruker, внутренний стандарт Me₄Si, растворитель - CDCl₃.):

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д. (J, Гц): 0.45 д (4Н, CH₂, ³J_ab 3, H_a-2', 2'', 3', 3''), 0.53 д (4Н, CH₂, ³J_ba 6, H_b-2', 2'', 3', 3''), 2.32 уш. с (2Н, СН, Н-10b, 10c), 2.35 д (4Н, CH₂, ³J_ab 7, H_a-4, 5, 9, 10), 2.56-2.59 м (2Н, СН, Н-1', 1''), 2.63 д (4Н, CH₂, ³J_ba 7, H_b-4, 5, 9, 10), 3.10 д (4Н, CH₂, ²J_ab 10, H_a-1, 3, 6, 8), 3,77 д (4Н, CH₂, ²J_ba 10, H_b-1,3,6, 8).

Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 6.85 (С-2', С-2'', С-3', С-3''), 33.53 (С-1', С-1''), 48.16 (С-4, С-5, С-9, С-10), 74.44 (С-1, С-3, С-6, С-8), 82.78 (C-10b, C-10c).

Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн, %): 303 [M-H]⁺ (100).

Спектральные характеристики 2,7-дициклопентил-2,3a,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирена

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д. (J, Гц): 1.33-1.41 м (4Н, CH₂, H_a-2', 2'', 5', 5''), 1.58-1.62 м (4Н, CH₂, H_a-3', 3'', 4', 4''), 1.70-1.73 м (4Н, CH₂, H_b-3', 3'', 4', 4''), 1.88-1.91 м (4Н, CH₂, H_b-2', 2'', 5', 5''), 2.72 уш. с (2Н, СН, Н-10b, 10c), 2.33 д (4Н, CH₂, ³J_ab 7, H_a-4, 5, 9, 10), 2.57 д (4Н, CH₂, ³J_ba 7, H_b-4, 5, 9, 10), 2.97 д (4Н, CH₂, ²J_ab 10, H_a-1, 3, 6, 8), 3.27-3.34 м (2Н, СН, Н-1', 1''), 3.79 д (4Н, CH₂, ²J_ba 10, H_b-1,3,6, 8).

Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 23.96 (С-3', С-3'', С-4', С-4''), 31.31 (С-2', С-2'', С-5', С-5''), 48.29 (С-4, С-5, С-9, С-10), 60.21 (С-1', С-1''), 73.63 (С-1, С-3, С-6, С-8), 82.54 (С-10b, С-10c).

Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн, %): 359 [M-H]⁺ (100).

Спектральные характеристики 2,7-дициклогексил-2,3a,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирена

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д. (J, Гц): 1.13-1.18 м (6Н, CH₂, H_a-2', 2'', 4', 4'', 6', 6''), 1.25-1.31 м (4Н, CH₂, H_a-3', 3'', 5', 5''), 1.63 уш. с (2Н, CH₂, H_b-4', 4''), 1.77 д (4Н, CH₂, ²J_ba 12, H_b-3', 3'', 5', 5''), 1.99 д (4Н, CH₂, ²J_ba 10, H_b-2', 2'', 6', 6''), 2.25 уш. с (2Н, СН, Н-10b, 10c), 2.30 д (4Н, CH₂, ³J_ab 7, H_a-4, 5, 9, 10), 2.55 д (4Н, CH₂, ³J_ba 7, H_b-4, 5, 9, 10), 2.82 уш. с (2Н, СН, Н-1', 1''), 2.99 д (4Н, CH₂, ²J_ab 10, H_a-1, 3, 6, 8), 3.84 д (4Н, CH₂, ²J_ba 10, H_b-1, 3, 6, 8).

Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 25.38 (С-3', С-3'', С-5', С-5''), 26.09 (С-4', С-4''), 30.77 (С-2', С-2'', С-6', С-6''), 48.25 (С-4, С-5, С-9, С-10), 57.19 (С-1', С-1''), 71.35 (С-1, С-3, С-6, С-8), 82.77 (С-10b, С-10c).

Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн, %): 387 [M-H]⁺ (100).

Спектральные характеристики 2,7-дитетрагидропиран-4-ил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирена

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д. (J, Гц): 1.46-1.50 м (4Н, CH₂, H_a-2', 2'', 6', 6''), 1.88 д (4Н, CH₂, ²J_ba 12, H_b-2', 2'', 6', 6''), 2.26-2.29 м. (4Н, CH₂, H_a-4, 5, 9, 10; 2Н, СН, Н-10b, 10c), 2.53 д (4Н, CH₂, ³J_ba 7, H_b-4, 5, 9, 10), 3.07 д (4Н, CH₂, ²J_ab 10, H_b-1, 3, 6, 8), 3.17-3.19 м (2Н, СН, Н-1', 1''), 3.41-3.47 м (4Н, CH₂, H_a-3', 3'', 5', 5''), 3.82 д (4Н, CH₂, ²J_ba 10, H_b-1, 3, 6, 8), 4.00 д (4Н, CH₂, ²J_ba 10, H_b-3', 3'', 5', 5''). Спектр ЯМР, ¹³C, δ, м.д.: 31.36 (С-2', С-2'', С-6', С-6''), 48.06 (С-4, С-5, С-9, С-10), 54.02 (С-1', С-1''), 67.04 (С-3', С-3'', С-5', С-5''), 70.62 (С-1, С-3, С-6, С-8), 82.77 (С-10b, C-10c).

Спектральные характеристики 2,7-дициклогептил-2,3a,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирена

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д. (J, Гц): 1.40-1.43 м (4Н, CH₂, H_a-3', 3'', 6', 6''), 1.52-1.55 м (12Н, CH₂, Н-4', 4'', 5', 5''; H_a-2', 2'', 7', 7''), 1.60-1.65 м (4Н, CH₂, H_b-3', 3'', 6', 6''), 1.86-1.91 м (4Н, CH₂, H_b-2', 2'', 7', 7''), 2.24 уш. с (2Н, СН, Н-10b, 10c), 2.34 д (4Н, CH₂, ³J_ab 7, H_a-4, 5, 9, 10), 2.58 д (4Н, CH₂, ³J_ba 7, H_b-4, 5, 9, 10), 2.95 д (4Н, CH₂, ²J_ab 10, H_a-1, 3, 6, 8), 3.76 д (4Н, CH₂, ²J_ba 10, H_a-1, 3, 6, 8). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 24.76 (С-3', С-3'', С-6', С-6''), 28.43 (С-4', С-4'', С-5', С-5''), 31.35 (С-2', С-2'', С-7', С-7''), 48.48 (С-4, С-5, С-9, С-10), 60.24 (С-1', С-1''), 71.89 (С-1, С-3, С-6, С-8), 82.62 (С-10b, С-10c).

Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн, %):455 [M+K]⁺ (100), 439 [M+Na]⁺ (30), 415 [M-H]⁺ (90).

Спектральные характеристики 2,7-дициклооктил-2,3a,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирена

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д. (J, Гц): 1.45-1.49 м (10H, CH₂, H_a-3', 3'', 4', 4'', 5', 5'', 6', 6'', 7', 7''), 1.51-1.61 м (10H, CH₂, Н_а-2', 2'', 8', 8''; H_b-3', 3'', 5', 5'', 7', 7''), 1.70-1.73 м (4Н, CH₂, H_b-4', 4'', 6', 6''), 1.81-1.85 м (4Н, CH₂, H_b-2', 2'', 8', 8''), 2.24 уш. с (2Н, CH, Н-10b, 10c), 2.34 д (4Н, CH₂, ³J_ab 7, H_a-4, 5, 9, 10), 2.57 д (4Н, CH₂, ³J_ba 7, H_b-4, 5, 9, 10), 2.94 д (4Н, CH₂, ²J_ab 10, H_a-1, 3, 6, 8), 2.98-2.99 м (2Н, СН, Н-1', 1''), 3.76 д (4Н, CH₂, ²J_ba 10, H_b-1, 3, 6, 8).

Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 24.52 (С-4', С-4'', С-6' С-6''), 26.12 (С-5', С-5''), 27.28 (С-3' С-3'', С-7' С-7''), 29.25 (С-2', С-2'', С-8', С-8''), 48.49 (С-4, С-5, С-9, С-10), 58.47 (С-1', С-1''), 71.91 (С-1, С-3, С-6, С-8), 82.64 (С-10b, С-10c). Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн, %): 483 [М+К]⁺ (100), 467 [M+Na]⁺ (30), 443 [M-H]⁺ (90).

Спектральные характеристики 2,7-дибицикло[2.2.1]гепт-2-ил-2,3а,5а,7,8а,10а-гексаазапергидропирена

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д. (J, Гц): 1.05-1.12 м (6Н, CH₂, H_a-3', 3'', 6', 6'', 7', 7''), 1.41-1.55 м (10H, CH₂, H_b-3', 3'', 6', 6'', 7', 7''; Н-5', 5''), 2.25 уш. с (4Н, СН, Н-10b, 10c, 4', 4''), 2.33 уш. с (2Н, СН, Н-2', 2''; 4Н, CH₂, H_a-4, 5, 9, 10), 2.58 д (4Н, CH₂, ³J_ba 7, H_b-4, 5, 9, 10), 2.68-2.70 м (2Н, СН, Н-1', 1''), 2.71-2.78 м (4Н, CH₂, H_a-1, 3, 6, 8), 3.81-3.84 м (4Н, CH₂, H_b-1, 3, 6, 8).

Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 27.58 (С-6' С-6''), 28.50 (С-7', С-7''), 35.04 (С-3' С-3''), 36.24 (С-4', С-4''), 37.67 (С-5' С-5''), 38.23 (С-2' С-2''), 48.39 (С-4, С-5, С-9, С-10), 62.71 (С-1', С-1''), 72.72 (С-1, С-3, С-6, С-8), 82.48 (С-10b, С-10c).