Синтез новых 6-(арен)хромтрикарбонильных комплексов с 1,3-бензодиоксольными и 1,4-бензодиоксановыми лигандами

Среди веществ, обладающих фармакологическими и биологически активными свойствами, особое место занимают гетероциклические 1,3- и 1,4-производные, содержащие пяти- и шестичленные циклы [1–6].

(R = H, Ph)

Известно, что введение в эти соединения металлорганических фрагментов значительно меняет многие свойства этих соединений, что делает их перспективными веществами для дальнейшего использования [7–11]. Большой интерес представляет введение в эти соединения Cr(CO) 3 -групп. Однако до сих пор в научной литературе отсутствуют работы по получению и исследованию свойств η⁶–(арен)хромтрикарбонильных комплексов с гетероциклическими кислородсодержащими лигандами.

По-видимому, отсутствие в литературе подробных сведений об этих соединениях связано с малой доступностью исходных веществ, например, η⁶-(пирокатехин)хромтрикарбонила. Так как исходный пирокатехин имеет в своем составе два рядом расположенных атома кислорода – элемента, имеющего нуклеофильные электронные пары, синтез его π-комплекса прямой реакцией с гексакарбонилом хрома Cr(CO) 6 или его производными типа L 3 Cr(CO) 3 (L= NH 3 или MeCN) невозможен.

Однако мы предположили, что образование η6-(арен)хромтрикарбонильных комплексов все же можно осуществить, если защитить свободные электронные пары атомов кислорода подходящими блокирующими группами [12–13]. Одним из вариантов такой защиты является реакция алкилирования пирокатехина с образованием его циклических эфиров. Эту реакцию можно осуществить путем использования дигалоидных органических соединений или с помощью циклоприсоединения альдегидов [14–16]. Пути прохождения реакций могут быть представлены следующей схемой:

Cl2(CH2)n

n l.2; R = Ph

Далее, проводя реакцию с полученными лигандами, можно синтезировать желаемые η6-(арен)хромтрикарбонильные комплексы.

Обсуждение результатов

Путем взаимодействия пирокатехина (1) с дихлорметаном и 1,2-дихлорэтаном нами были получены 1,3-бензодиоксол (2) и 1,4-бензодиоксан (3) соответственно [16]:

DMSO , NaOH 80°C, 3h

Реакции проводились в растворе диметилсульфоксида (DMSO) при температуре 80–85 °С в течение 3 часов. Полученную смесь гидролизовали и перегоняли с паром.

Синтез 2-фенилзамещенного производного 1,3-бензодиоксола (4) осуществлялся с помощью реакции конденсации пирокатехина (1) с бензальдегидом в среде кипящего п -ксилола в условиях азеотропной отгонки воды [15, 17]:

Описанная выше эфирная защита гидроксильных групп пирокатехина позволила получить η⁶-(арен)хромтрикарбонильные комплексы 1,3-бензодиоксола и 1,4-бензодиоксана (5–7) :

Учитывая индивидуальные особенности полученных соединений, а также их низкую термическую стабильность, введение Cr(CO)₃-группы в эти соединения проводилось двумя известными методами, первый из которых состоял в прямом взаимодействии с гексакарбонилом хрома [18– 20]. Так, реакции соединений 2 и 3 с Cr(CO) 6 в кипящем дибутиловом эфире или в смеси диг-лим/октан, видимо, проходят с частичным разложением, что заметно по потемнению раствора и образованию темно-коричневой реакционной смеси, из которой путем фильтрования, упаривания растворителя и перекристаллизации остатков были получены ожидаемые желтые кристаллы. Показано, что оптимальные выходы η⁶-комплексов наблюдаются при проведении реакции в интервале температур бани 140–150 °С; ниже 140 °С реакция протекает слишком медленно, а при температуре выше 150 °С происходит существенное разложение комплексных продуктов.

Более высокие выходы наблюдаются при проведении реакции координации с триаммин-хромтрикарбонилом в кипящем диоксане [21–22]. В этом случае заметное разложение происходит только в конце реакции, что отчетливо видно по изменению цвета реакционного раствора. Анализ продуктов реакции рядом физико-химических методов подтвердил идентичность состава и строения веществ, полученных разными методами в различных экспериментальных условиях.

С помощью этих двух методик из полученных ранее лигандов 2 – 4 были синтезированы их π-комплексы, которые представляли собой желтые кристаллические вещества, а их индивидуальность и строение были подтверждены ВЭЖХ, УФ-, ИК-, 1Н ЯМР-спектроскопией и масс-спектрометрией. Некоторые характеристики синтезированных веществ приведены в таблице.

Характеристики циклических эфиров пирокатехина и их π -комплексов

Соединение	Выход (%)		Т пл , °С	ИК-спектр ν (СO), см–1	Масс-спектр m/z (I отн. (%))
2	38,0		Жидк.	–	122 [М]+(66)
3	48,0		Жидк.	–	136 [М]+(100)
4	35,0		105	–	198 [М]+(78)
	Метод А	Метод Б
5	23,7	36,5	125	1955, 1859	258 [М]+(3)
6	31,2	41,5	59–60	1955, 1872, 1841	272 [М]+(32)
7	30,1	37,0	85–93	1961, 1886, 1853	334 [М]+(20)

На ВЭЖХ-хроматограмме каждого из соединений 4–6 присутствовал 1 пик. В их ИК-спектрах наблюдались интенсивные полосы валентных колебаний связей СО хромтрикарбониль-ных фрагментов в районе 1841–1961 см–1, в масс-спектре присутствовали ожидаемые молекулярные и осколочные ионы (см. экспериментальную часть). ЯМР Н1-спектр также подтверждает строение полученных веществ: в нем обнаружены сигналы протонов как гетероциклического, так и координированного ароматического колец.

В отличие от соединений 5 и 6 соединение 7 имеет два фенильных фрагмента. Известно, что в этом случае возможно образование двух изомерных η⁶-(арен)хромтрикарбонильных комплексов, обычно выделяемых в виде их смесей, причем наиболее легко Cr(CO) 3 -группа вступает в то кольцо, которое имеет повышенную электронную плотность. Такой группой в соединении 7 является фениленовое кольцо. Действительно, 2-фенил-1,3-бензодиоксол, имеющий в своем составе два ароматических кольца, с эквивалентным количеством триамминхромтрикарбонила в среде диоксана дает в качестве главного продукта соединение 7 , в котором фенилхромтрикарбонильная группа находится у фениленового кольца, тогда как его изомер с Cr(CO) 3 -группой у фенильного кольца присутствует в конечном продукте в виде небольшой примеси:

+ (NH3)3Cr(CO)3

С помощью колоночной хроматографии основной продукт реакции был выделен в чистом виде и охарактеризован с помощью физико-химических методов анализа.

Диаграмма ВЭЖХ (1 пик, τ = 8,35 мин) и УФ (λ = 218, 315 нм) находятся в соответствии с предполагаемой структурой. Его ИК-спектр содержит 3 полосы поглощения при 1961, 1886, 1853 см^–1, характерных для валентных колебаний CO-группы в хромтрикарбонильном фрагменте. В масс-спектре наблюдаются сигналы, соответствующие молекулярному иону 334 [M]⁺ (20), 278 [M-CO]⁺ (9), 250 [M-3CO]⁺ (100), 273 [M-3CO-Ph]⁺ (62), 52 [Cr].

Строение соединения (7) также подтверждает и его Н 1 -ЯМР-спектр (см. рисунок).

В нем присутствуют сигналы протонов двух ароматических фрагментов: фенильного и η⁶-(фенилен)хромтрикорбонильного, наблюдаемых в области 7,8–6,7 и 6,2–5,3 м. д. соответственно. Интегрирование этих сигналов ясно указывает на то, что в этом соединении соотношение протонов координировнного и некоординированного колец составляет 5:4, что соответствует структуре соединения 7 .

Экспериментальная частьПодготовка исходных веществ

Перед использованием в синтезах все растворители: гексан (T кип = 68,7 °С), диэтиловый эфир (T кип = 34,6 °С), диоксан (Т кип = 101 °С), этилацетат (T кип = 77 °С) сушили и перегоняли при атмосферном давлении. Диметилсульфоксид (ДМСО, T кип = 189 °С) сушили над гидроксидом натрия, затем перегоняли при пониженном давлении (T кип = 51 °С/ 5 мм рт. ст.). Дихлорметан (T кип = 40 °С) сушили над едким натром и перегоняли при атмосферном давлении. Дихлорэтан (T_кип = 83,5 °С) очищали выдерживанием в присутствии безводного хлористого алюминия с последующей отгонкой. Бензальдегид перегоняли в вакууме. Этилацетат (T кип = 77 °С) сушили над хлористым кальцием и перегоняли. Пирокатехин очищали возгонкой при пониженном давлении. Гексакарбонил хрома очищали возгонкой в сублиматоре при температуре 60 °С/1 мм рт. ст. [23]. Триамминхромтрикарбонил получали по известной методике [24].

Методика анализа

Высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) проводили на хроматографе Knauer Smartline 5000 с РДА-детектором S 2600, колонка Диасфер 110-С16Т, 5 мкм, 4,6*250 мм, элюент – ацетонитрил : вода (84:16). УФ-спектры элюентов расшифровывали в диапазоне 200– 500 нм. ИК-спектры регистрировались на спектрометре «Инфралюм ФТ – 801» в диапазоне 480– 4600 см^–1 в таблетках KBr. Спектры ¹Н ЯМР регистрировали на спектрометре Bruker DPX 200 и Bruker Avance DPX 400 (рабочие частоты 200 и 400 МГц соответственно), растворитель – аце-тон-d⁶. Масс-спектрометрическое исследование проводили на приборе Trance GC Metra/PS Q 11 в режиме регистрации положительных ионов, ионизация методом электронного удара (70 эВ), диапазон m/z 28–500, капельная колонка TR5MS 60000*0,25 мм, скорость потока гелия – 1 мл/мин, программирование температуры от 60–300 °С при скорости нагрева 15 град./мин. Синтез и выделение соединений (5–7) проводили в атмосфере аргона.

Синтез соединений (2) и (3). Общая методика[16]

В 3-горлую колбу с обратным холодильником и двумя вводами для твердых веществ поместили 0,74 моль диметилсульфоксида и 0.6 моль дихлоралкана. Смесь нагревали до 80 °С, затем порциями с интервалом 7 минут при перемешивании добавили 0,18 моль пирокатехина (m_порции = 0,9 г) и 0,67 моль гидроксида натрия (m порции = 1,2 г), поддерживая температуру среды 80–85 °С. После завершения добавления пирокатехина и щелочи реакционную смесь перемешивали в течение 3 часов. На следующий день к полученной смеси при перемешивании добавили 36,4 мл воды, затем реакционную смесь перегнали с паром. С помощью делительной воронки отделили нижний слой, который затем перегнали в вакууме. В результате перегонки получили соединения (2) и (3) в виде прозрачных жидкостей.

• 1,3- Бензодиоксол (2). Выход 38 %. n D ²⁰ = 1,539 [Лит. [25] n D ²⁰=1,539]. ВЭЖХ – 1 пик, τ = 6,75 мин. УФ-спектр (MeCN, H 2 O), λ/нм: 281. Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ, m/z (I отн (%)): для С 7 O 2 H 6 рассчитано [М]⁺ 122: найдено 122 [М]⁺(66), 121 [М-Н]⁺(100), 92 [М-CH 2 О]⁺(2). ¹H-ЯМР, м. д. (acetone – d⁶): 4,25 (с., 2H,CH 2 ); 6,75–6,85 (м., 4H, Ph).

• 1,4- Бензодиоксан (3). Выход 48 %. n D ²⁰ = 1,553 [Лит. [26] n D ²⁰=1,553]. Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ, m/z (I отн. (%)): для С 8 O 2 H 8 рассчитано [М]⁺ 136: найдено 136 [М]⁺(100), 135 [М-Н]⁺(25), 121 [М-CH 3 ]⁺ (16).

Синтез 2-фенил-1,3-бензодиоксола (4) [15, 17]

В 2-горлую колбу, снабженную ловушкой Дина–Старка, поместили 11 г (0,1 моль) свеже-возогнанного пирокатехина, 10,18 мл (0,096 моль) бензальдегида, 80 мл толуола и 30 мг толуолсульфокислоты. Реакционная смесь кипятилась в течение 10 часов, при этом выделилось 1,3 мл воды (72 %). После охлаждения реакционную смесь обработали 10%-ным раствором гидроксида натрия (2*15 мл), органический слой промывали водой (15 мл) и высушивали над безводным Na 2 SO 4 . Растворитель (толуол) отгоняли в вакууме, образовавшийся черно-коричневый остаток возгоняли в вакууме. В результате возгонки было получено белое твердое вещество с Т_пл.= 59– 60 °С. Выход 35 %. ВЭЖХ: 1 пик, τ = 9,23 мин. УФ-спектр (MeCN, H 2 O), λ/нм: 215, 281. ИК-спектр (KBr), ν/см^–1: 3066(ν (С ar -H)); 2896(ν (С-H)); 1101 (ν (С-O)); 939, 910, 738 (ω (С ar -H)). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ, m/z (I отн. (%)): для C 13 O 2 H 10 рассчитано [М]⁺ 198: найдено 198 [М]⁺(78), 197 [М-Н]⁺(100), 121 [М-Ph]⁺(22).

Синтез соединений (5–7) [18–22]

Метод А. В 2-горлую колбу с обратным холодильником в атмосфере аргона поместили 0,014 моль Cr(CO)₆, гетероциклический лиганд 0,014 моль и 30 мл смеси диглим/октан (1:1). Фракционную смесь нагревали 8 часов при температуре бани 140–150 °С до полного выделения СО (940 мл). Затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры, фильтровали через слой Al₂O₃ и отгоняли в вакууме растворитель. В колбе остался темно-коричневый продукт. Перекристаллизация этого остатка из смеси гексан : этилацетат (1:1) дает желтые кристаллы.

Метод В. В 2-горлую колбу с припаянным обратным холодильником, снабженную газовой бюреткой, заполненной диметилфталатом, помещали 0,033 моль гетероциклического лиганда и 0,033 моль триамминхромтрикарбонила и 34 мл диоксана. Реакционную смесь нагревали 3,5 часа на масляной бане (Т = 120 °С) до полного выделения аммиака, затем колбу охлаждали и заполняли аргоном. Полученную смесь отфильтровали через фильтр Шотта с использованием Al₂O₃. Диоксан отогнали в вакууме. Получили твердое вещество желтого цвета. Перекристаллизацией полученного вещества из гексана и этилацетата (3:1), получили желтые кристаллы.

η⁶-(1,3-бензодиоксол)хромтрикарбонил (5). Выход составил 3,1 г (36,5 %). Т пл =105 °С. ВЭЖХ – 1 пик, τ = 5,9 мин. ИК-спектр (KBr), ν/см^–1: 3099(ν (С ar -H)); 2943, 2923(ν (С-H)); 1955, 1859 (ν (С≡O)); 1101 (ν (С-O)); 887, 827, 630 (ω (С ar -H)). Масс-спектр (ЭУ, 70эВ, m/z (I отн. (%)): для С 10 O 5 H 6 Cr рассчитано [М]⁺ 258: найдено 258 [М]⁺(3), 173 [М-3CO]⁺(23), 52 [Cr]⁺(100). ¹H-ЯМР, м.д. (acetone – d⁶): 5,3–5,35 (м., 2H, Ph^*); 5,75 (с., 1H, CH 2 ); 5,88–5,96 (м., 2H, Ph^*); 6,2 (с., 1H, CH 2 ).

η⁶-(1,4-бензодиоксан)хромтрикарбонил (6). Выход составил 3,5 г (41,5 %). Т пл. = 125 °С. ВЭЖХ – 1 пик, τ = 5,47 мин. ИК-спектр (KBr), ν/см^–1: 3120 (ν (С ar -H)); 2921, 2850(ν (С-H)); 1955, 1872, 1841 (ν (С≡O)); 1143 (ν (С-O)); 669, 630 (ω (С ar -H)). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ, m/z (I отн. (%)): для С 11 O 5 H 8 Cr рассчитано [М]⁺ 272: найдено 272 [М]⁺(32), 216 [М-2CO]⁺(17), 188 [М-3CО]⁺(100), 136 [М-Cr(CO) 3 ]⁺(14). ¹H-ЯМР, м.д. (acetone – d⁶): 4,27–4,33 (м., 2H, CH 2 ); 4,35-4,41 (м., 2H, CH 2 ); 5,31–5,35 (м., 2H, Ph^*); 5,67–5,71 (м., 2H, Ph^*).

η⁶-(2-фенил-1,3-бензодиоксол)хромтрикарбонил (7). Выход составил 0,7 г (37 %). Т пл = 90– 93 °С. ВЭЖХ – 1 пик, τ = 8,35 мин. УФ-спектр (MeCN, H 2 O, λ/нм: 218, 315. ИК-спектр (KBr), ν/см^–1: 3089(ν (С ar -H)); 2921, 2850((ν С-H)); 1961, 1886, 1853 (ν (С≡O)); 1143 (ν (С-O)); 902, 798, 759, 661, 626, 530, 478(ω (С ar -H)). Масс-спектр (ЭУ, 70эВ, m/z (I отн. (%)): для С 16 O 5 H 10 Cr рассчитано [М]⁺ 334: найдено 334 [М]⁺(20), 278 [М-2CO]⁺(8), 250 [М-3CO]⁺(100), 198 [М-Cr(CO) 3 ]⁺(12), 173 [М-Ph-Cr(CO) 3 ]⁺(64). ¹H-ЯМР, м.д. (acetone – d⁶): 5,35–5,39 (м., H,BzCr); 5,62–5,67 (м., H, BzCr); 5,88– 5,90 (м., H, BzCr); 5,94–5,97 (м., H, BzCr); 6,86–6,98(1H, CH); 6,91–6,95 (м., 2H, Ph); 7,48–7,58 (м., 2H, Ph); 7,70–7,73 (м., 1H, Ph).

Выводы

В заключение следует отметить, что в результате проведенного исследования были впервые синтезированы и охарактеризованы с помощью различных физико-химических методов анализа η⁶-(арен)хромтрикарбонильные комплексы с 1,3-бензодиоксольными и 1,4-бензодиоксановыми лигандами, которые получались двумя независимыми методами: реакцией предварительно полученных свободных от металла гетероциклов 2 – 4 , с гексакарбонилом хрома в кипящей смеси ок-тан-диглим (1:1) (метод А) и координацией этих лигандов с триамминхромтрикарбонилом (метод В). Показано, что последний метод дает более высокие выходы и позволяет синтезировать более широкий круг гетероциклических π-комплексов хрома.

Авторы статьи выражают благодарность сотрудникам химического факультета Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского: ведущему инженеру В.И. Фаерма-ну за регистрацию масс-спектров и к.х.н. Ю.Б. Малышевой за регистрацию ЯМР 1Н-спектров.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства наука и высшего образования Российской федерации, проект № 0729-0039 в рамках базовой части государственного задания.