Tổng hơp một số xeton α,β không no đi từ 3 - Axetyl - 6 - metoxi - 4 - Metylcumarin

461 O O COCH3 CH3 CH3O I 5 7 8 T¹p chÝ Hãa häc, T. 47 (4), Tr. 461 - 465, 2009 TæNG HîP MéT Sè XETON α,β-KH¤NG NO §I Tõ 3-AXETYL-6-METOXI-4-METYLCUMARIN §Õn Tßa so¹n 7-10-2008 NguyÔn Minh Th¶o1*, NguyÔn V¨n ThuÊn1, TrÇn Hoμi Nam1, NguyÔn Ngäc Thanh2 1Khoa Ho¸ häc, Tr−êng ®¹i häc Khoa häc Tù nhiªn - §HQG Hμ Néi 2Khoa Tù nhiªn, Tr−êng C§SP VÜnh Phóc abstract By reaction of 2-hydroxy-5-methoxyacetophenone with ethyl acetoacetate has been prepared 3-acetyl-6-methoxy-4-methylcoumarin, which have condensed with aromatic aldehydes gave α,β- unsaturated ketones. Structure of these products was confirmed by IR, 1H-NMR and MS spectroscopic data. Trong mét sè c«ng tr×nh tr−íc ®©y [1, 2], chóng t«i ®· th«ng b¸o vÒ sù tæng hîp c¸c dÉn xuÊt 3- axetylcumarin vμ sù chuyÓn hãa chóng thμnh c¸c d·y xeton α,β-kh«ng no. ë bμi b¸o nμy chóng t«i tiÕp tôc th«ng b¸o vÒ sù tæng hîp 3-axetyl-6-metoxi-4-metylcumarin vμ ph¶n øng cña nã víi c¸c an®ehit th¬m, theo s¬ ®å d−íi ®©y: OH OCH3 COCH3 + CH3COCH2COOC2H5 O O COCH3 CH3 CH3O ArCHO O O COCH=CHAr CH3 CH3O I II1- 8 Trong mét tμi liÖu tham kh¶o ®· ®−îc biÕt [3] r»ng hîp chÊt 2-hi®roxi-5- metoxiaxetophenon ®−îc tæng hîp tõ hi®roquinon qua mét sè giai ®o¹n: Axetyl hãa hi®roquinon, chuyÓn vÞ Fries ®ieste vμ cuèi cïng monometyl hãa 2,5-®ihi®roxiaxetophenon b»ng ®imetyl sunfat trong m«i tr−êng kiÒm yÕu (K2CO3). Hîp chÊt 2-hi®roxi-5-metoxiaxeto- phenon ph¶n øng víi etyl axetoaxetat còng trong m«i tr−êng kiÒm yÕu (CH3COONa) cho s¶n phÈm ®ãng vßng lμ 3-axetyl-6-metoxi-4- metylcumarin (I). Nã lμ mét chÊt r¾n kÕt tinh, cã nhiÖt ®é nãng ch¶y 134 - 135oC. CÊu t¹o cña nã ®−îc x¸c ®Þnh nhê phæ hång ngo¹i, phæ céng h−ëng tõ proton vμ phæ khèi l−îng: Trªn phæ hång ngo¹i thÊy kh«ng cßn ®Ønh hÊp thô ®Æc tr−ng cho dao ®éng ho¸ trÞ cña nhãm OH phenol, trong khi ®ã xuÊt hiÖn thªm mét ®Ønh hÊp thô m¹nh ë 1720 cm-1 ®Æc tr−ng cho dao ®éng hãa trÞ cña nhãm CO lacton (trªn 462 phæ vÉn cßn ®Ønh hÊp phô ®Æc tr−ng cho dao ®éng hãa trÞ cña nhãm CO xeton ë 1610 cm-1). Trªn phæ céng h−ëng tõ proton cña hîp chÊt cumarin t¹o thμnh cã c¸c tÝn hiÖu ®Æc tr−ng cho chuyÓn dÞch hãa häc cña c¸c proton cã trong ph©n tö: δppm(JHz): 2,39 (3H, s, CH3); 2,48 (3H, s, COCH3); 3,96 (3H, s, OCH3); 7,11 (1H, d, C5- H, J = 3); 7,32 (1H, q, C7- H, J = 8,5 vμ J = 3); 7,29 (1H, d, C8- H, J = 8,5). Trªn phæ khèi l−îng cã pic ion ph©n tö víi sè khèi trïng víi ph©n tö khèi cña ph©n tö, còng nh− c¸c pic kh¸c víi sè khèi phï hîp víi c¸c ion m¶nh (m/z): 232 (M+; C13H12O4; M = 232), 217 (M+- CH3), 190 (100%)(M +- CH2CO), 189 (M +- CH3CO), 162 (190- CO), 161 (189- CO) Hîp chÊt 3-axetyl-6-metoxi-4-metylcumarin (I) khi ng−ng tô víi c¸c an®ehit th¬m theo tØ lÖ mol 1:1 trong ®iÒu kiÖn cña ph¶n øng Claisen- Schmidt (víi xóc t¸c lμ baz¬ h÷u c¬) ®· cho mét d·y c¸c xeton α,β-kh«ng no (II1-8). KÕt qu¶ ®−îc giíi thiÖu ë b¶ng 1. C¸c xeton α,β-kh«ng no ®Òu lμ c¸c chÊt r¾n tinh thÓ, cã nhiÖt ®é nãng ch¶y vμ gi¸ trÞ R*f trªn s¾c kÝ b¶n máng kh¸c víi c¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña c¸c chÊt ®Çu. Trªn phæ hång ngo¹i cña chóng (ghi d−íi d¹ng Ðp viªn víi KBr trªn m¸y Impact 410- Nicolet) ®Òu thÊy xuÊt hiÖn c¸c ®Ønh hÊp thô ®Æc tr−ng cho dao ®éng ho¸ trÞ cña nhãm CO lacton ë vïng 1686 - 1708 cm-1 vμ CO xeton liªn hîp ë vïng 1606 - 1630 cm-1. §Æc biÖt trªn phæ xuÊt hiÖn ®Ønh hÊp thô ë vïng 952 - 998 cm-1 mμ chóng t«i cho r»ng lμ ®Ønh ®Æc tr−ng cho dao ®éng biÕn d¹ng kh«ng ph¼ng cña nhãm vinyl ë cÊu h×nh trans (b¶ng 1). B¶ng 1: C¸c xeton α,β-kh«ng no (II1-8) Phæ hång ngo¹i, cm-1 Phæ khèi l−îng (m/z)STT II Ar t0n/c, oC Rf * HiÖu suÊt % νCO lacton νCO xeton δ-CH= Nhãm kh¸c M+ M 1 p-Tolyl 190-191 0,78 45 1686 1630 998 - 334 334 2 p-Nitrophenyl 180 -181 0,65 50 1702 1610 967 1522 1347 (NO2) 365 365 3 m-Nitrophenyl 185-186 0,68 48 1701 1615 952 1522 1347 (NO2) 365 365 4 p-Bromphenyl 178-179 0,78 45 1694 1611 985 - 398, 399, 400 399 5 p-§imetyl- aminophenyl 162- 163 0,79 50 1694 1611 983 - 363 363 6 3,4- Metylendioxi- 177- 178 0,67 46 1708 (1680) 1606 987 - 364 364 7 2-Furyl 158- 159 0,73 47 1693 1626 980 - 310 310 8 3-In®olyl 162- 163 0,72 48 1653 (1710) 1625 980 3390 (NH) 359 359 B¶n máng silicagel, hÖ dung m«i n-hexan: axeton tØ lÖ 4:1(theo thÓ tÝch). Trªn phæ khèi l−îng cña c¸c xeton α,β- kh«ng no ®Òu cho pic ion ph©n tö cã sè khèi trïng víi ph©n tö khèi cña hîp chÊt, còng nh− c¸c ion m¶nh víi sè khèi t−¬ng øng. KÕt qu¶ 463 nμy hoμn toμn phï hîp víi d÷ kiÖn trong tμi liÖu tham kh¶o [4]. (Phæ khèi l−îng ghi trªn m¸y AutoSpec Primier t¹i Phßng ThÝ nghiÖm VËt liÖu cña Khoa Hãa häc – Tr−êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn- §¹i häc Quèc gia Hμ Néi). Phæ céng h−ëng tõ proton (ghÞ trªn m¸y Bruker 500 DRX ë ViÖn Hãa häc - ViÖn Khoa häc vμ C«ng nghÖ ViÖt Nam víi TMS lμm néi chuÈn, trong dung m«i DMSO-d6) cña c¸c xeton α,β-kh«ng no ®Òu thÊy mÊt ®i tÝn hiÖu cña mét nhãm metyl (trong nhãm axetyl) cña chÊt ®Çu, trong khi xuÊt hiÖn mét cÆp doublet d−íi d¹ng hiÖu øng m¸i nhμ trong kho¶ng 7,14 - 7,52 ppm vμ 6,92 - 6,97 ppm víi h»ng sè t−¬ng t¸c spin- spin b»ng 16,5 Hz. §iÒu nμy cho phÐp chóng t«i g¸n tÝn hiÖu nμy ®Æc tr−ng cho chuyÓn dÞch hãa häc cña nhãm vinyl ë cÊu h×nh trans trong ph©n tö. Ngoμi ra trªn phæ còng cã nh÷ng tÝn hiÖu cña tÊt c¶ c¸c proton kh¸c cã mÆt trong ph©n tö cña hîp chÊt (b¶ng 2). B¶ng 2: Phæ 1H-NMR cña mét sè xeton α,β-kh«ng no Phæ 1H- NMR: δ ppm (JHz) STT II Ar -CH¸=CH©- C¸c proton vßng cumarin C¸c proton vßng Ar 1 CH3 9 10 12 11 7,44 vμ 6,96 (16,5) 2,38 (3H, s, C4-CH3); 3,84 (3H, s, OCH3); 7,20 (1H, d, C5- H, J = 2,5); 7,22 (1H, q, C7-H, J = 8 vμ J = 2,5); 7,25 (1H, d, C8-H, J = 8) 2,46 (3H, s, CH3); 7,34 (2H, d, C10–H vμ C11-H, J = 8); 7,60 (2H, d, C9-H vμ C12-H, J = 8) 4 Br 9 10 12 11 7,52 vμ 6,97 (16,5) 2,47 (3H, s, CH3); 3,83 (3H, s, OCH3); 7,32 (1H, d, C5-H, J = 2,5); 7,34 (1H, q, C7-H, J = 8,5 vμ J = 2,5); 7,46 (1H, d, C8-H, J = 8,5) 7,64 (2H, d, C10-H vμ C11-H, J = 8,5); 7,67 (2H, d, C9-H vμ C12-H, J = 8,5). 5 N(CH3) 9 10 12 11 7,22 vμ 6,93 (16,5) 2,42 (3H, s, CH3); 3,84 (3H, s, OCH3); 7,41 (1H, d, C5- H, J=3); 7,30 (1H, q, C7-H, J = 9 vμ J=3); 7,42 (1H, d, C8-H, J = 9) 2,94 (6H, s, N(CH3)2); 6,74 (2H, d, C10-H vμ C11-H, J = 8,5); 7,54 (2H, d, C9-H vμ C12-H, J = 8,5). 6 O O CH2 9 12 11 7,35 vμ 6,92 (16,5) 2,44 (3H, s, CH3); 3,85 (3H, s, OCH3); 6,96 (1H, d, C8-H, J = 8); 7,09 (1H, q, C7-H, J = 8 vμ J = 1,5); 7,50 (1H, d, C5-H, J = 1,5). 6,08 (2H, s, CH2); 7,31 (1H, q, C12-H, J = 9 vμ J = 3); 7,37 (1H, d, C9-H, J = 3); 7,43 (1H, d, C11-H, J = 9). 7 O 9 10 11 7,14 vμ 6,94 (16,5) 2,38 (3H, s, CH3); 3,85 (3H, s, OCH3); 6,86 (1H, d, C5-H, J = 3); 7,33 (1H, q, C7-H, J = 9 vμ J = 3); 7,45 (1H, d, C8-H, J = 9) 6,63 (1H, q, C10-H, J = 2,5 vμ J = 1,5); 7,29 (1H, d, C9-H, J = 2,5); 7,84 (1H, d, C11- H, J = 1,5). Mét ®iÒu ®Æc biÖt thó vÞ lμ khi ng−ng tô 3- axetyl-6-metoxi-4-metylcumarin (I) víi benzan- ®ehit hay p-clobenzan®ehit theo tØ lÖ mol 1:2 trong ®iÒu kiÖn cña ph¶n øng nh− trªn, chóng t«i 464 ®· kh«ng nhËn ®−îc xeton α,β-kh«ng no ®¬n thuÇn mμ l¹i nhËn ®−îc s¶n phÈm ë ®ã x¶y ra sù ng−ng tô c¶ nhãm C3- axetyl vμ C4-metyl víi an®ehit th¬m: O O COCH3 CH3 CH3O + 2ArCHO O O COCH=CH-Ar CH=CH-Ar CH3O III1-2 ë ®©y Ar lμ: 1. Phenyl; 2. p-Clophenyl KÕt qu¶ ®−îc dÉn ra d−íi ®©y: III1: t 0 nc = 190 - 191 oC; HiÖu suÊt 35%; Phæ IR (cm-1): 1717(CO lacton), 1610 (CO xeton liªn hîp), 963 (δ-CH= cña trans- vinyl); Phæ MS(m/z): 408(M+- 100%); C27H20O4; M = 408; Phæ 1H-NMR (δppm- JHz): 3,84 (3H, s, CH3O- ); 7,14 vμ 7,07 (2H, dd, -CH=CH-, J = 16,5); 7,50 vμ 7,00 (2H, dd, -CO-CH=CH-, J = 16); 7,20 (1H, q, C7- H, J = 9 vμ J = 2,5); 7,25 (1H, d, C5- H, J = 2,5); 7,56 (1H, d, C8- H, J = 9); 7,35 - 7,53 (10H, m, c¸c proton kh¸c cña 2 vßng benzen cßn l¹i). III2: t 0 nc= 148 - 149 oC; hiÖu suÊt 40%; Phæ IR (cm-1): 1703 (CO lacton), 1608 (CO xeton), 972(δ-CH= cña trans- vinyl); Phæ MS (m/z): 475 (100%) vμ 477 (M+), C27H18O4Cl2; M = 476; Phæ 1H-NMR(δppm- JHz): 3,85 (3H, s, CH3O-); 7,82 vμ 6,98 (2H, dd, -CO-CH=CH-, J = 16,5); 7,45 vμ 7,26(2H, dd, -CH=CH-, J = 16). Nh− vËy c¸c d÷ kiÖn vÒ phæ ®· chøng minh cho cÊu t¹o cña s¶n phÈm t¹o thμnh. ë ®©y cã lÏ nhãm axetyl ë vÞ trÝ 3 (nhãm hót electron) ®· g©y ra ¶nh h−ëng lμm ho¹t hãa nhãm metyl bªn c¹nh (lμm t¨ng ®é linh ®éng cña c¸c hi®ro ë nhãm metyl ) cho nã ®ñ søc tham gia ph¶n øng ng−ng tô víi c¸c an®ehit th¬m. H¬n n÷a, sù tÝnh to¸n hãa l−îng tö còng cho thÊy mËt ®é ®iÖn tÝch trªn nguyªn tö cacbon cña hai nhãm metyl nμy còng xÊp xØ nhau (-0,26 trªn nguyªn tö cacbon cña nhãm metylaxetyl vμ -0,21 trªn nguyªn tö cacbon cña nhãm metyl ë vÞ trÝ 4). V× vËy sù ng−ng tô x¶y ra ë c¶ hai nhãm metyl nμy lμ hoμn toμn cã thÓ tin t−ëng ®−îc. KÕt qu¶ nμy còng phï hîp víi c¸c d÷ kiÖn trong tμi liÖu tham kh¶o [1]. Mét ®iÒu ®Æc biÖt lÝ thó n÷a lμ khi thùc hiÖn ph¶n øng ng−ng tô cña 3-axetyl-6-metoxi-4- metylcumarin(I) víi an®ehit salixylic, chóng t«i còng kh«ng nhËn ®−îc xeton α,β-kh«ng no nh− ë phÇn trªn. S¶n phÈm ph¶n øng mμ chóng t«i nhËn ®−îc lμ chÊt r¾n tinh thÓ, cã mμu vμng nh¹t vμ t0nc = 234 – 235oC. Trªn phæ hång ngo¹i cña nã cã c¸c ®Ønh hÊp thô m¹nh, ®Æc tr−ng cho dao ®éng hãa trÞ cña nhãm CO ë 1694 (CO lacton) vμ 1647 (CO xeton). Trªn phæ khèi l−îng cã pic ion ph©n tö víi sè khèi 336 (M+). Tõ ®©y chóng t«i cho r»ng s¶n phÈm nμy chÝnh lμ (6-metoxi-4- metylcumarin3-yl) (2,3-®ihi®robenzofur-2- yl)xeton (C20H16O5; M = 336). Cã lÏ ph¶n øng lóc ®Çu t¹o ra xeton α,β-kh«ng no, råi tiÕp theo x¶y ra sù céng hîp cña nhãm hi®roxi ë vÞ trÝ ortho vμo nhãm vinyl ®Ó t¹o thμnh s¶n phÈm cuèi cïng (IV): CÊu t¹o cña nã ®−îc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c nhê phæ céng h−ëng tõ proton: Trªn phæ kh«ng cã tÝn hiÖu mét cÆp doublet ®Æc tr−ng cho chuyÓn dÞch hãa häc cña nhãm trans–vinyl nh− ë c¸c xeton α,β-kh«ng no, nh−ng l¹i cã tÝn hiÖu ®Æc tr−ng cho chuyÓn dÞch hãa häc cña 2 proton (Ha vμ Hb) ë vÞ trÝ 3 vμ mét proton (Hc) ë vÞ trÝ 2 cña vßng ®ihi®robenzofuran (Gièng nh− phæ cña vßng pirazolin [5] ®· cã trong tμi liÖu tham kh¶o). Cô thÓ nh− sau(δppm-JHz): 1,98 (3H, s, CH3); 3,82 (3H, s, OCH3); 3,25 (1H, d, H a, J = 18); 3,50 (1H, q, Hb, J = 18 vμ J = 6); 5,49 (1H, 465 O O CO CH3 CH3O O Hb Ha Hc 5 7 8 9 10 11 12 d, Hc, J = 6); 6,81 (1H, q, C7-H, J = 8,5 vμ J = 1); 6,91(1H, t¸ch 6, C10- H, J = 7,5 vμ J = 1); 7,12 - 7,20 (4H, m, C9- H, C11- H, C12-H, vμ C5- H); 7,28 (1H, C8-H, J = 8,5). THùC NGHIÖM 2-Hi®roxi-5-metoxiaxetophenon ®−îc tæng hîp theo tμi liÖu [3], ®i tõ hi®roquinon qua c¸c b−íc ®iaxetyl hãa, chuyÓn vÞ Fries råi monometyl hãa. *Tæng hîp 3-axetyl-6-metoxi-4- metylcumarin(I) Cho vμo b×nh cÇu ®¸y trßn 3,32 gam (0,02 mol) 2-hi®roxi-5-metoxiaxetophenon; 5,2 gam (5 ml; 0,04 mol) etyl axetoaxetat vμ 2 gam CH3COONa khan. L¾p sinh hμn håi l−u vμ ®un s«i håi l−u hçn hîp ph¶n øng suèt 16 giê. §Ó nguéi, rãt hçn hîp ph¶n øng vμo n−íc ®¸ vμ khuÊy ®Òu. Läc hót s¶n phÈm t¸ch ra ë d¹ng kÕt tña trªn phÔu Buchner, röa b»ng n−íc råi ®Ó kh« ngoμi kh«ng khÝ. KÕt tinh l¹i tõ etanol nhËn ®−îc c¸c tinh thÓ h×nh tÊm (2,62 gam hay 55%) mμu tr¾ng x¸m, cã t0nc 134 - 135oC. *Ph−¬ng ph¸p chung tæng hîp c¸c xeton α,β- kh«ng no (II1-8) Cho vμo b×nh cÇu ®¸y trßn hçn hîp cña 3- axetyl-6-metoxi-4-metylcumarin (I) víi c¸c an®ehit th¬m t−¬ng øng theo tØ lÖ mol 1:1, thªm vμo ®ã 30 ml clorofom vμ vμi giät piperi®in lμm xóc t¸c råi ®un s«i håi l−u 8-10 giê. Hçn hîp ph¶n øng lóc ®Çu tan hÕt, sau ®ã s¶n phÈm ph¶n øng dÇn ®−îc t¹o thμnh vμ t¸ch ra ë d¹ng tinh thÓ ngay khi ®ang ®un nãng. Khi kÕt thóc ph¶n øng, läc nãng trªn phÔu Buchner ®Ó lÊy s¶n phÈm ë d¹ng tinh thÓ. Cã thÓ röa trªn phÔu b»ng clorofom nãng vμ kÕt tinh l¹i tõ etanol. KÕt qu¶ ®−îc giíi thiÖu ë b¶ng 1. *Tæng hîp c¸c dÉn xuÊt (6-metoxi-4- arylvinylcumarin-3-yl)arylvinyl xeton (III1-2) T−¬ng tù nh− tæng hîp c¸c xeton α,β- kh«ng no ë trªn nh−ng sö dông tØ lÖ mol cña 3- axetyl-6-metoxi-4-metylcumarin (I) víi c¸c an®ehit th¬m lμ 1:2. KÕt qu¶ ®−îc giíi thiÖu ë phÇn trªn. *Tæng hîp dÉn xuÊt 2-(6-metoxi-4-metyl- cumarino-3-yl)-2,3-®ihi®robenzofuran (IV) Ph¶n øng t−¬ng tù nh− tæng hîp c¸c xeton α,β- kh«ng no ë trªn nh−ng an®ehit th¬m cô thÓ lμ an®ehit salixylic. KÕt qu¶ ®−îc giíi thiÖu ë phÇn trªn. KÕT LUËN B»ng sù ng−ng tô cña 3-axetyl-6-metoxi-4- metylcumarin víi c¸c an®ehit th¬m ®· tæng hîp ®−îc mét d·y xeton α,β-kh«ng no míi. Trong mét sè tr−êng hîp ®· nhËn ®−îc s¶n phÈm ng−ng tô ë c¶ 2 nhãm: 3-axetyl vμ 4-metyl hoÆc s¶n phÈm ®ãng vßng 2,3-®ihi®robenzofuran (tr−êng hîp ng−ng tô víi an®ehit salixylic). CÊu t¹o cña c¸c s¶n phÈm ®· ®−îc x¸c ®Þnh bëi phæ hång ngo¹i, phæ céng h−ëng tõ proton vμ phæ khèi l−îng. C«ng tr×nh ®−îc hoμn thμnh víi sù gióp ®ì kinh phÝ cña ch−¬ng tr×nh nghiªn cøu khoa häc c¬ b¶n trong lÜnh vùc khoa häc tù nhiªn. TμI LIÖU THAM KH¶O 1. NguyÔn Minh Th¶o, NguyÔn V¨n Vinh, TrÇn Quèc Toμn, NguyÔn §øc ChØnh, §ång ThÞ Duyªn. T¹p chÝ Ho¸ häc, T. 47(1), 22 - 28 (2009). 2. NguyÔn Minh Th¶o, §ç TiÕn Dòng, NguyÔn V¨n Vinh, NguyÔn Thu Hμ, NguyÔn V¨n ThuÊn, TrÇn Thu H−êng. T¹p chÝ Ho¸ häc, T. 45(3), 284 (2007). 3. NguyÔn Minh Th¶o, NguyÔn V¨n Vinh, NguyÔn V¨n ThuÊn, Bïi ThÞ Thuý V©n. TuyÓn tËp c¸c b¸o c¸o cña Héi nghÞ Khoa häc vμ C«ng nghÖ Ho¸ häc H÷u c¬ toμn quèc lÇn thø IV, Hμ Néi- 10/2007, tr. 233. 4. NguyÔn Minh Th¶o, Ph¹m V¨n Phong. TuyÓn tËp c¸c c«ng tr×nh Héi nghÞ Khoa häc vμ C«ng nghÖ Ho¸ h÷u c¬ toμn quèc lÇn thø III, Hμ Néi – 11/2005, Tr. 23 5. V. I. Iakovenko, E. T. Oganhiexian, V. P. Evolinskii, V. F. Zakharov. Khim.- Farm. Zh., T. 10(11), 97 - 99 (1976) (tiÕng Nga). 466