Изомерия в спиранах

[lipink]

Добрый вечер уважаемые коллеги!
Обсуждаемая спирановая структура сомнений не вызывает процентов на 90. Проблема в следующем: по данным ЯМР 1Н все сигналы протонов удвоены, аналогичная ситуация для углеродных атомов в ЯМР 13С спектрах. Картина такая, что образуются два диастереомера. Подтверждается это и данными хромато-масс. Заместители R1 и R2 могут быть различными, но во всех случаях они не содержат хиральных центров, то есть в структуре содержится один хиральный атом углерода - спирановый. В чем причина удвоения пиков, может дело в особенностях строения подобных спирановых структур?

Li_spiran1.gif

[OrganicChemist]

Здравствуйте, коллега. Думаю, что все дело в наличии азометинового фрагмена >C=NH и асимметрический центр тут ни при чём. В Вашем случае кратная связь упомянутого фрагмента может иметь Z или E конфигурацию (геометрические изомеры являются диастереомерами). Именно наличие 2-х этих диастереомеров и отвечает за удвоение пиков. Эта гипотеза проверяется просто: превратите >C=NH в >C=О и запишите спектр или хром-масс. Если в данном случае не будет наблюдаться удвоение сигналов и на хроматограмме присутствовать 1 пик, то гипотеза верна. Разумеется, нужно быть уверенным в структуре Вашего приведенного соединения.

[Phobos]

Надо бы попытаться увидеть сам азометиновый протон. По идее, изменение геометрии должно на нем сказаться сильнее других, два пика должны разойтись дальше всех прочих.
Теперь несясные моменты: соотношение пиков 1-1 или иное? Расходятся ли они по-разному, или же на некоторых протонах удвоенность сигналов сильная, а на других слабая (например, для азометина я ожидал бы именно такую картину).
Из прочих возможностей таутомерии я вижу еще изменение конформации морфолинового кольца и перескок двойной связи между нитрилом и амином - с образованием того же азометинового фрагмента. Например, на амино-триазинах такая таутомерия происходит.

[OrganicChemist]

Из прочих возможностей таутомерии я вижу еще изменение конформации морфолинового кольца

морфолиновый цикл - конформационно не жесткая система. Если спектр снят при комнатной температуре, как и снимаются рутинные ЯМР-спетры, конформационный переход между конформерами в морфолине будет происходить значительно быстрее, чем время метода в ЯМР.

Появилась версия, что удвоение сигналов может быть еще связано с замедлением вращения морфолинового кольца относительно пятичленного цикла. Это замедление может быть связано с возникновением n-пи сопряжения неподеленной электронной пары атома азота морфолинового цикла с нитрильной группой за счет эффекта винилогии. Тут интересно было бы записать динамический ЯМР (DNMR) для выяснения этой возможности. При повышенной температуре конформационный переход должен происходить настолько быстро, что для ЯМР оба конформера "покажутся" одним. НО тогда удвоиться должны сигналы протонов H_a и H_b морфолинового цикла, а не все и в хром-массе должен быть 1 пик. Рисунок отражает переход между 2-мя конформерами через активированный комплекс (похожая ситуация наблюдается с конформационными переходами в ДМФА и двумя синглетами в ¹Н ЯМР спектре при комнатной температуре), тем не менее в GC ДМФА имеет 1 пик.

и перескок двойной связи между нитрилом и амином - с образованием того же азометинового фрагмента. Например, на амино-триазинах такая таутомерия происходит.

Это вряд ли. Нитрильная группа - сильный акцептор кратная связь не уйдет из сопряжения с ним.

P.S. lipink, выложите сюда проинтегрированные ¹H ЯМР-спектр и хроматограмму

[lipink]

превратите >C=NH в >C=О и запишите спектр или хром-масс. .

Попробую гидролизнуть.

Надо бы попытаться увидеть сам азометиновый протон. По идее, изменение геометрии должно на нем сказаться сильнее других, два пика должны разойтись дальше всех прочих.
Теперь несясные моменты: соотношение пиков 1-1 или иное? Расходятся ли они по-разному, или же на некоторых протонах удвоенность сигналов сильная, а на других слабая (например, для азометина я ожидал бы именно такую картину).

Соотношение изомеров 3:4. Выкладываю 1Н ЯМР спектр, R¹=R²=Me. В этом спектре имеется дальняя КССВ ⁵J между двумя метильными группами с J=0.7-0.8 Гц, может это поможет разрешить вопрос. Снижение интенсивности иминных протонов не наблюдается. Конечно, морфолиновые протоны завышены, но, наверное, из-за наложения на воду.

Появилась версия, что удвоение сигналов может быть еще связано с замедлением вращения морфолинового кольца относительно пятичленного цикла. Это замедление может быть связано с возникновением n-пи сопряжения неподеленной электронной пары атома азота морфолинового цикла с нитрильной группой за счет эффекта винилогии.

Весьма интересный вариант. А есть ли примеры на схожих структурах?

P.S. lipink, выложите сюда проинтегрированные ¹H ЯМР-спектр и хроматограмму

Хроматограмму сейчас не могу выложить(.

[OrganicChemist]

В этом спектре имеется дальняя КССВ ⁵J между двумя метильными группами с J=0.7-0.8 Гц, может это поможет разрешить вопрос.

При ближайшем рассмотрении сигналов метильных протонов не нашел КССВ ⁵J. Если бы наблюдалось дальнее взаимодействие, мультиплетность сигналов должна была быть по квартету у каждого, что не наблюдается в спектре. Думаю, что у Вас там 2 синглета от протонов двух СН₃-групп одного вещества (интенсивность большая) и 2 синглета от протонов двух СН₃-групп другого вещества (интенсивность меньшая). По метиленовому болоту сигналов протонов морфолинового цикла что-либо сказать сложно. Сделайте отнесение сигналов с слабопольной области спектра. Как Вы устанавливали структуру данного соединения? Какие ФХ методы привлекали для этого, почему такая уверенность в данной структуре? Каково соотношение площадей двух пиков на хроматограмме? Какой из пиков имеет большее время выхода (более интенсивный или нет)? Совпадают ли масс-спектры, соответствующие 2-м прикам на хроматограмме, виден ли пик М^.+? Выложите еще ¹³С спектре ЯМР с химическими сдвигами сигналов.

[karav]

А Вы не рассматривали возможность получения такой структуры?

karav_spir.gif

[OrganicChemist]

А Вы не рассматривали возможность получения такой структуры?

Во-первых: читайте предыдущие посты.
Во-вторых: у Вас, коллега, отсутствуют метильные группы (в спектре их сигналы имеются).
В-третьих: у Вашей структуры не может быть даже теоретически диастереомеров, естественно, если вещество индивидуально.

[Phobos]

ДУмаю, чтo коллега karav просто забыл дорисовать метилы. A сама идея вполне неплоха - если по какой-то причине у нас имеются следы кислоты, то вполне можно запустить процесс открытия-перезакрытия цикла. При этом иногда закрытие идет через кислород, иногда через азот. Но идея, хоть и красивая, на практике скорее всего дала бы полный развал структуры и кучу продуктов.

[lipink]

В этом спектре имеется дальняя КССВ ⁵J между двумя метильными группами с J=0.7-0.8 Гц, может это поможет разрешить вопрос.

При ближайшем рассмотрении сигналов метильных протонов не нашел КССВ ⁵J. Если бы наблюдалось дальнее взаимодействие, мультиплетность сигналов должна была быть по квартету у каждого, что не наблюдается в спектре. Думаю, что у Вас там 2 синглета от протонов двух СН₃-групп одного вещества (интенсивность большая) и 2 синглета от протонов двух СН₃-групп другого вещества (интенсивность меньшая).

Дальнее взаимодействие между метилами с КССВ ⁵J все-таки имеется. Выкладываю растяжку, на которой можно это наблюдать. Данные сигналы находятся в области 1.4-2.0 м.д.

Сделайте отнесение сигналов с слабопольной области спектра.

Сигналы при 8.7 и 8.8 м.д. соответствуют иминным протонам, сигналы при 7.0 и 7.1 м.д. относятся к протонам аминогрупп. Интенсивности этих сигналов пропорциональны между собой. Они также хорошо соотносятся по интенсивности с метильным группами при 1.4-2.0 м.д.

[lipink]

Как Вы устанавливали структуру данного соединения? Какие ФХ методы привлекали для этого, почему такая уверенность в данной структуре?

Структура устанавливалась по данным ИК, ЯМР 1Н, ЯМР 13С, масс-спектрометрии. На структурный аналог имеется РСА, без которого было бы сложно предположить именно такую структуру. У этого аналога схожие спектральные данные. Все-таки вопрос не в структуре, а в причине удвоения сигналов.

Совпадают ли масс-спектры, соответствующие 2-м прикам на хроматограмме, виден ли пик М^.+?

Масс спектры аналогичны, имеются пики молекулярных ионов интенсивностью 40-70%.

Выложите еще ¹³С спектре ЯМР с химическими сдвигами сигналов.

Прилагаю ¹³С спектр, а также соотнесение пиков.
С8, С9 - 7.45, 7.42, 10.79, 10.91
С11, С12 - 45.84
С13, С14 - 65.68, 65.60
С4, С7 - 58.22, 59.25, 66.83, 67.70
С3 - 108.21, 108.60
С10 - 118.51, 118.75
С1, С2, С5, С6 - 146.87, 147.47, 165.30, 169.74, 169.78, 170.18, 171.45, 172.29

[OrganicChemist]

Вот теперь видно ССВ, но константы 0,61Hz 0,75Hz 0,80Hz 0,73Hz (слева направо). Странная интенсивность у сигналов и мультиплетность.

[lipink]

А Вы не рассматривали возможность получения такой структуры?

Конечно же, такая структура рассматривалась, но она отвергнута из-за спектральных данных и химизма реакции. Да и если бы получалось такое диазаспиросоединение, то вопрос изомерии всеравно остается открытым.

[OrganicChemist]

Вы не ответили на 1 вопрос: на хроматограмме соотношение площадей сигналов тоже 3:4? Первым элюируется (имеет меньшее время выхода) мажорный или минорный изомер?

[lipink]

Вот теперь видно ССВ, но константы 0,61Hz 0,75Hz 0,80Hz 0,73Hz (слева направо). Странная интенсивность у сигналов и мультиплетность.

Интенсивность вполне сопоставляется с протонами NH и NH₂. Первый и четвертый сигналы метилов (менее интенсивные) соответствуют NH при 8.8 м.д и NH₂ при 7.1 м.д. Второму и третьему сигналу метилов соответствует NH при 8.7 м.д и NH₂ при 7.0 м.д. В Обоих случаях соотношение четкое: 3:3:1:2 (Me, Me, NH, NH₂).

[OrganicChemist]

Это понятно. Метилы должны давать квартеты (по два квартета от каждого соединения) с маленькой константой. Не могли бы вы при преобразовании Фурье выставить больше точек. Думаю, что они просто не видны тут из-за маленькой величины. И еще, константы 1=4 и 2=3 должны быть или очень близки! Каков ответ на вопрос из моего предыдущего поста?

[Phobos]

Скажите, а для аминовых протонов не многовато ли уехать на 7 ppm? И пик уж очень подозрительно острый, хотя воды вроде в ДМСО достаточно.

[OrganicChemist]

Согласен, коллега Phobos, в присутствии воды хим сдвиг должен быть где-то между химсдвигами воды и хим сдвигом енамина в условиях полного отсутствия воды. Многовато конечно для этого енамина, м.б. так происходит из-за того, что его двойная связь находится в сопряжении с циано-группой. Для сравнения: для 2,3-diaminomaleonitrile хим сдвиг = 5,26 м.д.

[lipink]

В химисдвиге аминогруппы нет ничего странного. Например, для 2-амино-3-цианозамещенных производных фурана и пиррола химсдвиг аминогрупп находится при 8-10 м.д. NH₂ и CN в них так же в сопряжении.

[lipink]

Какой из пиков имеет большее время выхода (более интенсивный или нет)?

Мажорный изомер элюируется первым, но пики на хроматограмме накладываются и поэтому проблематично с их соотношением.

Таким образом, исходя из ответов на данный пост, пока что можно остановится на предположениях о E- и Z-конфигурации иминогруппы, а также о заторможенном вращении морфолинового цикла относительно пятичленного цикла. Это требует проверки и соответственно времени. О результатах сообщу.