3-(4-硝基苯基)氨基-1H-吲哚-4(5H)-酮的簡(jiǎn)便合成及結(jié)構(gòu)表征

佟光進(jìn), 屠蔓蘇, 姜 波

(1.江蘇省徐州醫(yī)藥高等職業(yè)學(xué)校,江蘇 徐州 221116; 2.江蘇師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

近一個(gè)世紀(jì)以來(lái),胺類化合物的N-芳構(gòu)化引起了人們的廣泛關(guān)注．迄今為止,比較受歡迎的方法有銅催化的Ullmann/Goldberg型N-芳構(gòu)化[1]和鈀催化的Buchwald-Hartwig型耦合法[2]．但由于過(guò)渡金屬參與了N-芳構(gòu)化的過(guò)程,造成環(huán)境污染,這就迫切需要設(shè)計(jì)出綠色和可持續(xù)的N-芳構(gòu)化的方法．因此,開(kāi)發(fā)一個(gè)不使用金屬催化劑的高效和廣泛適用的分子間的N-芳構(gòu)化值得探索．

稠合吡咯環(huán)廣泛存在于自然界中,是許多生物活性分子和藥物物質(zhì)的基本骨架．在許多天然產(chǎn)物全合成中,稠合吡咯化合物被廣泛用作構(gòu)建模塊,顯示出強(qiáng)大的抗菌、抗病毒、抗炎、抗癌和抗氧化活性[3-4]等．在過(guò)去的幾十年中,有許多方法合成了稠合吡咯環(huán),大多數(shù)涉及炔醇[5]、炔基酮[6]的重排環(huán)化,環(huán)酮成環(huán)反應(yīng)[7],金屬催化下的炔烴串聯(lián)環(huán)化[8]以及müchnone衍生物的1,3-偶極環(huán)加反應(yīng)[9]．如何發(fā)展可替代的、較經(jīng)濟(jì)的方法構(gòu)建此類雜環(huán),以減少?gòu)U物和副產(chǎn)品的生成,這對(duì)于有機(jī)化學(xué)工作者具有極大的挑戰(zhàn)性．

本文報(bào)道一個(gè)新的N-芳構(gòu)化的多米諾反應(yīng),以對(duì)甲氧基乙二醛一水合物(1)、3-苯氨基-5,5-二甲基-2-環(huán)己烯-1-酮(2)和4-硝基苯胺(3)為原料,對(duì)甲苯磺酸為催化劑,在乙醇溶劑中,微波輻射下較高產(chǎn)率地合成標(biāo)題化合物3-(4-硝基苯基)氨基-1H-吲哚-4(5H)-酮(4)．值得關(guān)注的是,此多米諾反應(yīng)一步構(gòu)建3位芳氨基取代的稠合吡咯骨架,通過(guò)分子間作用直接、輕松地實(shí)現(xiàn)了N-芳構(gòu)化．反應(yīng)方程式如下：

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1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

所用儀器除常規(guī)儀器外,還有北京科儀電光儀器廠生產(chǎn)的XT-5型顯微熔點(diǎn)儀(溫度計(jì)未校正)，F(xiàn)TIR-Tensor-27型紅外光譜儀(KBr壓片)，Bruker DPX-400型超導(dǎo)核磁共振儀，Bruker OTOF-QII型高分辨率質(zhì)譜儀，Siemens P4型四圓衍射儀(德國(guó),西門子公司)．所用試劑均為分析純．

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 4的合成

先將1(1.0 mmol)加入10.0 ml反應(yīng)器中,然后依次加入2(1.0 mmol)、3(1.0 mmol)以及對(duì)甲苯磺酸(1.0 mmol)、1.5 ml乙醇．封閉反應(yīng)器,預(yù)攪拌10 s．在80 ℃的微波輻射下反應(yīng)15 min,TLC跟蹤直到無(wú)反應(yīng)物1,反應(yīng)完成．將混合物取出,冷卻至室溫,再用20 ml冷水稀釋出現(xiàn)固體,靜置后抽濾,粗產(chǎn)品用95%乙醇重結(jié)晶得到黃色目標(biāo)化合物4，產(chǎn)率為90%,熔點(diǎn)209.0～209.3 ℃.

產(chǎn)物4的結(jié)構(gòu)經(jīng)紅外、核磁和質(zhì)譜證實(shí)，單晶X射線衍射分析進(jìn)一步確認(rèn)了其結(jié)構(gòu).1HNMR(400 MHz,CDCl3)δ:7.87(d,J=8.8 Hz,2H,ArH),7.40(s,3H,ArH),7.12～7.13(m,3H,ArH,2H and NH,1H),6.89(d,J=8.0 Hz,2H,ArH),6.55～6.63(m,4H,ArH),3.68(s,3H,CH3),2.53(s,2H,CH2),2.39(s,2H,CH2),1.11(s,6H,CH3).13CNMR(100 MHz,CDCl3)δ:194.7,158.7,150.6,141.9,139.1,137.1,130.4,129.4,128.5,128.0,126.2,125.4,122.6,120.8,113.9,113.7,113.3,55.1,52.3,36.9,35.6,28.6.IRν:3 313,2 959,1 661,1 597,1 557,1 502,1 451,1 369,1 325,1 251,1 180,1 113,1 025,836,752 cm-1.HRMSm/z:C29H27N3O4,計(jì)算值，481.200 2;實(shí)測(cè)值，481.200 9.

1.2.2 晶體結(jié)構(gòu)分析

2 結(jié)果與討論

在對(duì)甲苯磺酸的催化下，目標(biāo)化合物由三組分一步反應(yīng)得到，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了N-芳構(gòu)化.該反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)時(shí)間短(15 min)，且產(chǎn)率及產(chǎn)品純度較高，后處理方便等優(yōu)點(diǎn)，為合成吡咯類化合物提供了一種簡(jiǎn)單易操作、高效的方法.根據(jù)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu),推測(cè)反應(yīng)的可能機(jī)理:首先由1與烯胺酮2經(jīng)歷親核取代生成A,親電加H+產(chǎn)生B．隨后,B與3進(jìn)行親核加成形成C,接著發(fā)生分子內(nèi)H轉(zhuǎn)移形成D,最終脫水得目標(biāo)產(chǎn)物4．合成路線見(jiàn)圖1．

圖1 目標(biāo)化合物合成機(jī)理圖

在核磁共振譜中氫原子數(shù)目與其結(jié)構(gòu)相吻合,其中受芳構(gòu)化的吲哚環(huán)和苯環(huán)的共同影響,N2上氫的吸收峰在δ為7.12～7.13范圍內(nèi);δ為3.68的單峰,3個(gè)氫,為—OCH3上的氫的吸收峰;δ為2.53的單峰,2個(gè)氫,為離羰基較近的C5上的氫的吸收峰;δ為2.39的單峰,2個(gè)氫,為C7上的氫的吸收峰;δ為1.11的單峰,6個(gè)氫,為環(huán)己烯酮C6上的兩個(gè)等同的—CH3上的氫的吸收峰,其余數(shù)據(jù)為芳?xì)湮辗?所有芳?xì)湓觽€(gè)數(shù)與其結(jié)構(gòu)相吻合．在紅外光譜中,較為明顯的3 310 cm-1處為氨基氫的吸收峰;1 661 cm-1處出現(xiàn)羰基的吸收峰;1 557,1 502 cm-1處為苯環(huán)硝基吸收峰;1 369,1 325 cm-1處為偕二甲基氫吸收峰．同時(shí),碳譜和高分辨率質(zhì)譜值也與其結(jié)構(gòu)相吻合．

X射線單晶衍射分析結(jié)果見(jiàn)表1～3．表1為標(biāo)題化合物的原子坐標(biāo)及熱參數(shù)，表2為主要鍵角值，表3為主要鍵長(zhǎng)值，圖2為分子結(jié)構(gòu)透視圖．

表2 標(biāo)題化合物的主要鍵角值

表3 標(biāo)題化合物的主要鍵長(zhǎng)

表4 最小二乘平面方程和原子與平面的偏差

圖2 分子結(jié)構(gòu)透視圖

X衍射分析表明在分子中存在5個(gè)平面:Ⅰ(N1，C1，C2，C3，C8),Ⅱ(C7，C8，C3，C4,C5,C6),Ⅲ(C9，C10，C11，C12，C13，C14),Ⅳ(C15，C16，C17，C18，C19，C20),Ⅴ(C21,C22,C23,C24,C25,C26),其平面方程和原子距離列于表4，可以看出,新形成的吡咯環(huán)為芳構(gòu)化的共平面結(jié)構(gòu)．分子中與吡咯雜環(huán)稠合的六元環(huán)(平面)(Ⅱ)采用半椅式構(gòu)象,因?yàn)镃5和C6偏離平面距離分別為-0.209 1 pm和0.458 0 pm．

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