Substituent effect on IR, 1H- and 13C-NMR spectral data in N-substituted phenyl)-2-cyanoacetamides: A correlation study

Abstract

Linear free energy relationships (LFER) were applied to the IR, 1H- and 13C- -NMR spectral data of N-(substituted phenyl)-2-cyanoacetamides. A variety of substituents were employed for phenyl substitution and fairly good correlations were obtained using the simple Hammett and the Hammett-Taft dual substituent parameter equations. The correlation results of the substituent induced 13C-NMR chemical shifts (SCS) of the C1, C=O and N-H atom indicated different sensitivity with respect to electronic substituent effects. A better correlation of the SCSc=o with a combination of electrophilic and nucleophilic substituent constants indicated a significant contribution of extended resonance interaction (∏-delocalization) within the ∏1-unit. The conformations of the inves­tigated compounds were studied using the DFT B3LYP/6-311G**method and, together with the results of 13C-NMR and IR spectroscopic studies, a better insight into the influence of such a structure on the transmission of electronic substituent effects was obtained.

Principi linearnih korelacija slobodnih energija (LFER) su primenjeni na IR, 1H- i 13C-NMR spektralne podatke N-(supstituisanih fenil)-2-cijanoacetamida. Pri sintezi N-(supstituisanih fenil)-2-cijanoacetamida izvršen je zadovoljavajući izbor supstituenata u pogledu elektronskih svojstava kako bi se adekvatno sagledao uticaj elektronskih efekata supstituenata na pomeranja u IR, 1H- i 13C-NMR spektralnim podacima. Primenom proste Hametove jednačine dobijene su zadovoljavajuće korelacije. Na osnovu korelacionih rezultata uočen je primaran uticaj elektronskih efekata na SCS (supstituentom indukovana hemijska pomeranja) vrednosti N-H vodonika, C1 i C=O ugljenika ispitivanih jedinjenja. Korelacioni rezultati za C=O ugljenik se značajno popravljaju ako se koristi kombinacija Ϭ+ i Ϭ- konstanti supstituenata, takozvane elektrofilne i nukleofilne konstante supstituenata, što ukazuje na postojanje značajne proširene rezonancione interakcije supstituenata i elektronske gustine karbonilne grupe. Vrednosti konstanti proporcionalnosti pF i pR za sve atome, ukazuju na približno isti doprinos efekta polja i rezonancionog efekta supstituenata. Efekat polja je nešto izraženji na N-H vodoniku, i za sve atome pokazuje značajne razlike u odnosu na njihov položaj u molekulskoj strukturi ispitivanih jedinjenja. Uticaj efekata supstituenata na IR vibracije istezanja N-H (simetrične i antisimetrične), C=O i CN veze je prevashodno elektronske prirode što se može zaključiti na osnovu dobrih korelacija dobijenih primenom Hametove jednačine i Ϭ parametara supstituenata. Osim toga izvršena je optimizacija geometrije ispitivanih jedinjenja primenom DFT B3LYP/ 6-311G**metode, pri čemu je nađeno da je trans-izomer nešto stabilnji, izuzev u slučaju jedinjenja 3. Supstituisana fenil-grupa i amidna grupa, kod trans-izomera, su približno koplanarne, dok se kod cis- izomera uočava značajna devijacija koja je značajno određena elektronskim efektima prisutnog supstituenta. Takođe je ispitivan položaj cis/trans ravnoteže u ugjen-tetrahloridu, i na osnovu rezultata FT/R analize, kada je prisutan H, CH3, OCH3, Br, i COOH supstituent, nađeno je da je cis izomer u velikom višku, a za ostala jedinjenja utvrđeno je postojanje ravnoteže cis- i trans-izomera.