Новые подходы к синтезу эфиров замещённых 2,2’‑битиофен‑5‑карбоновых кислот Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ХИМИЯ

Вестн. Ом. ун-та. 2013. № 2. С. 125-128.

УДК 547.734, 547.793.4

А.С. Костюченко, В.Л. Юрпалов, А.М. Аверков, А.С. Фисюк

НОВЫЕ ПОДХОДЫ К СИНТЕЗУ ЭФИРОВ ЗАМЕЩЁННЫХ 2,2'-БИТИОФЕН-5-КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Разработаны новые подходы к синтезу этилового эфира 3-гексил-2,2'-битиофен-5-карбоновой кислоты и этилового эфира 4-гексилокси-2,2'-битиофен-5-карбоновой кислоты, основанные на формировании тиофенового ядра взаимодействием меркап-тоуксусного эфира с 3-хлор-2-гексил-3-(2-тиенил)акрилальдегидом и этил 3-хлор-(тиофен-2-ил)проп-2-еноатом соответственно.

Ключевые слова: этиловый эфир 3-гексил-2,2'-битиофен-5-карбоновой кислоты, этиловый эфир 4-(гексилокси)-2,2'-битиофен-5-карбоновой кислоты, дитиенил, ге-тероциклизация.

Функционально замещенные битиофены являются важными строительными блоками в синтезе п-сопряженных олиготиофенов, используемых в молекулярной и органической электронике [1], в медицине как противовоспалительные препараты [2; 3], в биохимическом анализе как флуоресцентные маркеры [4].

Большинство известных методов получения функционально замещенных битиофенов основано на реакциях кросс-сочетания. Такие подходы, как правило, многостадийны, требуют использования дорогостоящих и токсичных реагентов [5; 6]. Нами предложен новый подход к синтезу эфиров 3-гексил-2,2'-битиофен-5-карбоновой и 4-гексилокси-2,2'-битиофен-5-карбоновой кислот - перспективных строительных блоков для получения п-сопряженных полимеров.

Для синтеза соединений 3 и 7 мы использовали альтернативную стратегию, основанную на формировании тиофенового ядра взаимодействием меркаптоуксусного эфира и в-хлор-акрил производными, содержащими второй тиофеновый цикл в качестве заместителя.

Исходным соединением для получения этилового эфира 3-гексил-2,2'-битиофен-5-карбоновый кислоты (3) являлся тиенилгептил кетон 1 [7], который был превращен в 3-хлор-2-гексил-3-(2-тиенил)акролеин (2) реакцией с диметилформамидом и хлорокисью фосфора с выходом 70 % [8]. Взаимодействие соединения 2 с этиловым эфиром тиогликолевой кислоты в присутствии этилата натрия приводит к образованию битиенила 3 с выходом 80 %о (схема 1). Для получения этилового эфира 4-гексилокси-2,2'-битиофен-5-карбоновый кислоты (7) был использован 2-теноилуксус-ный эфир (4) [9; 10], реакция которого с хлорокисью фосфора в присутствии триэтиламина привела к образованию этил 3-хлор-(тиофен-2-ил)проп-2-еноата (5) с выходом 57-59 %. Гидрокси-битиофен 6 получен действием на соединение 5 этиловым эфиром тиогликолевой кислоты в присутствии этилата натрия с выходом 33-46 %. Синтез эфира 7 осуществлен алкили-рованием соединения 6 1-иодгексаном с выходом 74 % (схема 2).

Строение всех полученных соединений установлено методом ЯМР и ИК-спектроскопии.

Таким образом, нами разработаны новые, более удобные методы получения этил 3-гексил-2,2'-битиофен-5-карбоксилата и этил 4-гексилокси-2,2'-битиофен-5-карбоксилата, представляющих интерес в качестве предшественников сопряженных полимеров.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 12-03-98013-р_сибирь_а) и Министерства образования и науки РФ (проект № 14.B37.21.0069).

© А.С. Костюченко, В.Л. Юрпалов, А.М. Аверков, А.С. Фисюк, 2013

o C O

О - йЛ JL i>V

. H13C6 О H13C6

1 2

H13C6

^ ) L

S CO2Et

3

i. C7H15CO2H, H3PO4, (CF3CO)2O, 3 h, 50oC; ii. DMF, POCl3, 5 h, 65oC; iii. EtONa, HSCH2CO2Et, 3 h, A.

Схема 1

O Cl

OH

1 iii CO2Et —I

4

EtO2C

5

EtO2C

6

OC6H13

,S // \\ U V^S^CO2Et

7

i. POCl3, NEt3, 5 h, 70oC; ii. EtONa, HSCH2CO2Et, 1 h, r.t.; iii. C6H13I, t-BuOK, DMSO, 1 h, r.t.

Схема 2

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР и 13C записаны на приборе Bruker DRX-400 (400 и 100 МГц). Внутренний стандарт - ТМС. Спектры ЯМР 13C записаны в режиме J-модуляции при полном подавлении спин-спинового взаимодействия с 1H. ИК-спектры регистрировали на спектрометре Infralum FT-801. Контроль за ходом реакции и чистотой полученных соединений проводили методом ТСХ на пластинках Silufol UV-254 (Merck), которые проявляли парами иода и УФ-светом (254 нм).

1-(Тиофен-2-ил)октан-1-он (1)

Получен по описанной методике [7] с выходом 88 %.

3-хлор-2-гексил-3-(2-тиенил)акрилаль-дегид (2)

К раствору 1.25 г (5.9 ммоль) 1-(тио-фен-2-ил)октан-1-она в 20 мл безводного М,М-диметилформамида при перемешивании и охлаждении в ледяной бане добавляют 3.55 г (23.1 ммоль) фосфорилхлорида так, чтобы температура не поднималась выше 20 °С. После добавления всего POCl3 реакционную массу нагревают до 65 °С, перемешивают в течение 5 ч и выливают в насыщенный водный раствор ацетата натрия (150 мл) со льдом (50 г) при перемешивании, затем экстрагируют диэтиловым эфиром (3 х 30 мл). Объединённые эфирные вытяжки сушат над сульфатом натрия. Растворитель отгоняют, остаток очищают колоночной хроматографией (силикагель: бензол). Получают 1.07 г (70 %) соединения 2.

Rf = 0,57, Rf = 0,55 (смесь Z^-изомеров, бензол). ИК-спектр, (v, см-1): 1669.0 (С=О); 1567.4 (С = С). Соотношение изомеров в смеси было установлено по отношению интегральных интенсивностей сигналов атома водорода при карбонильной группе в спектре ЯМР 1Н и составило 17 (Z) : 83 (E).

Спектр ЯМР 1Н (2-Е)-3-хлор-2-гексил-3-(2-тиенил)акрилальдегид (2) (преобладающий изомер) (CDCl3, 5, м.д., J, Hz): 0.89 (3H, m, CH3); 1.25-1.51 (8H, m, (CH2W; 2.57 (2H, t, 3J = 7.6, =C-CH2-); 7.05 (1H, dd., 3J=3.8,

3Л = 5.1, ТЫ-4-Н); 7.18 (1 Н, а, 3Л = 3.8, ТЫ-3-Н); 7.56 (1 Н, а, У=5.1, ТЫ-5-Н); 9.67 (1 Н, в, СНО).

Спектр ЯМР 13С (2-Е)-3-хлор-2-гексил-3-(2-тиенил)акрилальдегид (СОС13, б, м.д.): 14.08 (СН3), 22.58, 27.72, 28.55, 29.39, 31.59 ((СН2)5), 118.04 (3-С1С=), 127.07 (3(С)- ТЫ), 130.57 (5(С)- ТЫ), 132.35 (4(С)- ТЫ), 141.64 (=С(СНО)(СбН13)), 189.86 (1-СНО).

Спектр ЯМР 1Н (2-г)-3-хлор-2-гексил-3-(2-тиенил)акрилальдегид (2) (СОС13, б, м.д., Л, Hz): 0.89 (3Н, т, СН3); 1.25-1.51 (8Н, т, (СН2)4); 2.33 (2Н, 1, 3Л=7.6, =С-СН2-); 7.13 (1Н, 1, 3Л= 4.5, ТЫ-4-Н); 7.18 (1 Н, а, 3Л=3.8, ТЫ-3-Н); 7.58 (1 Н, а, 3Л=5.1, ТЫ-5-Н); 10.35 (1 Н, в, СНО).

Этил 3-гексил-2,2'-битиофен-5-карбо-ксилат (3)

К раствору этилата натрия в спирте, приготовленному из 20 мл этанола и 0.11 г (5.0 ммоль) натрия, при комнатной температуре и перемешивании в течение 10 мин добавляют 0.60 г (5.0 ммоль) этил меркаптоацетата и 1.07 г (4.1 ммоль) 2-[хлор(тиофен-2-ил)метилиден]октаналя.

Реакционную массу кипятят с обратным холодильником в течение 3 ч. Растворитель упаривают, остаток растворяют в 20 мл безводного ацетона и фильтруют через складчатый фильтр. Фильтрат сушат над сульфатом натрия, растворитель отгоняют, а остаток очищают колоночной хроматографией (силикагель: бензол). Получают 1.00 г (80 %) соединения 3.

= 0,54 (бензол). ИК-спектр, (V, см-1): 1703.0 (С=О).

Спектр ЯМР 1Н (СОС13, б, м.д., Л, Нф 0.88 (3Н, 1, 3Л = 6.5, СН3); 1.24-1.39, 1.601.67 (6Н, т, (СН2)4); 1.38 (3Н, 1, 3Л = 7.2, ОСН2СН3); 2.74 (2Н, 1, 3Л=7.3, ТЫ-СН2); 4.35 (2Н, я, 3Л=7.2, ОСН2); 7.08 (1Н, аа, 3Л = 3.6, 3Л = 5.1, ТЫ-4'-Н); 7.20 (1 Н, а, 3л = 3.6, ТЫ-3'-Н); 7.37 (1 Н, а, 3Л = 5.1, ТЫ-5'-Н); 7.62 (1Н, в, ТЫ-4-Н).

Спектр ЯМР 13С (СЭС13, б, м.д.): 14.06 (СН3), 14.38(СН3), 22.58, 29.12, 29.22,

Новые подходы к синтезу эфиров замещённых2,2'-битиофен-5-карбоновых кислот

127

30.42, 31.60 ((СН2)б), 61.12 (O-СНа), 126.52 (3'(C)- Thi), 126.94 (5'(C)- Thi), 127.59 (4'(C)- Thi), 130.74 (2(C)- Thi), 135.19 (5(C)- Thi), 135.82 (4(C)- Thi), 137.79 (2'(C)- Thi), 140.05 (3(C)- Thi), 162.21 (c=O).

2-Теноилуксусный эфир (4)

Получен по описанной методике [9; 10] с выходом 67-69 %. TxHn = 164-168 °C (1520 мм рт. ст.) лит. 143 °C (7 мм рт. ст.).

Этил 3-хлор-(тиофен-2-ил)проп-2-ено-ат (5)

К 4.3 мл (49 ммоль, 7.10 г) хлорокиси фосфора при охлаждении добавляют 1.47 г (7.5 ммоль) соединения 6, затем прикапывают 0.79 г (7.8 ммоль, 1.1 мл) триэтилами-на в течение 30 мин. После в реакционную смесь вносят 3 капли DBU и продолжают перемешивание 30 мин при охлаждении, затем 6-8 часов при 70-90 °C упаривают избыток хлорокиси фосфора, остаток выливают в 5 г смеси воды и льда, экстрагируют эфиром (4 х 10 мл), сушат над сульфатом натрия, удаляют эфир на роторном испарителе, остаток очищают колоночной хроматографией (силикагель-бензол). Выход составляет 0.92-0.95 г (57-59 %).

Rf = 0,54(бензол). ИК-спектр, (v, см-1) 1606 (C=C), 1721 (C=O).

Спектр ЯМР 1Н (CDCI3, 5, м.д. , J, Hz) 1.33 (3H, t, 3J= 7.1, OCH2CH3); 4.26 (2H, q 3J= 7.2, OCH2CH3); 6.53 (1H, s C(Cl)=CHJ; 7.06 (1H, dd, 3J = 5.0, 3J = 3.8, Thi-4-H); 7.41 (1H, dd, 3J=5.1, 4J = 1.0, Thi-5-H) 7.55 (1 H, dd, 3J=3.8, 4J = 1.1, Thi-3-H);

Спектр ЯМР 13С (CDCI3, 5, м.д.) 14.27 (OCH2CH3), 60.57(0CH2CH3)

113.39 (C(Cl)=CH), 128.09 (3(c)- Thi) 129.16 (5(C)- Thi), 129.46 (4(C)- Thi) 141.09 (2(c)-Thi), 164.01 (C=O).

Этил 4-гидрокси-2,2'-битиофен-5-кар-боксилат (6)

К раствору этилата натрия, приготовленному из 127 мг (5.5 ммоль) натрия в 4 мл абсолютного этанола, добавляют 385 мг (3.3 ммоль, 0.36 мл) этилового эфира меркапто-уксусной кислоты, а затем медленно прибавляют 700 мг (3.2 ммоль) соединения 7 в 0.38 мл этанола в атмосфере азота. Реакционную смесь перемешивают в инертной атмосфере до окончания реакции (0.5-1.5 часа), удаляют растворитель на роторном испарителе. Остаток растворяют в небольшом количестве воды (около 1 мл) и подкисляют 4M HCl до pH 3-4. Полученную суспензию экстрагируют дихлорметаном (3*10 мл), промывают раствором Na2CO3, сушат над безводным MgSO4, упаривают растворитель, а остаток очищают колоночной хроматографией (силикагель-бензол). Выход составляет 270-375 мг (33-46 %).

Rf = 0,58 (бензол). ИК-спектр, (v, см-1): 1707 (C=O).

Спектр ЯМР 1Н (CDCI3, 5, м.д. , J, Hz): 1.38 (3H, t, 3J= 7.1, OCH2CH3); 4.36 (2H, q,

3J = 7.2, ОСН2СН3); 6.28 (1H, s, Thi-3-Н); 7.04 (1H, dd, 3J = 5.1, 3J=3.7, Thi-4'-H); 7.28 (1H, dd, 3J = 3.7, 4J = 1.2, Thi-5'-H); 7.32 (1 H, dd, 3J = 5.1, 4J = 1.0, Thi-3'-H), 9.69 (1H, s, OH);

Спектр ЯМР 13С (CDCI3, 5, м.д.): 14.34 (OCH2CH3), 61.04(OCH2CH3),

114.93 (3'(С)- Thi), 125.37 (3(C)- Thi), 126.60 (5'(C)- Thi), 128.11 (4'(C)- Thi), 136.44 (4(C)- Thi), 142.28 (2'(C)- Thi), 164.43 (C=O).

Этил 4-гексилокси-2,2'-битиофен-5-кар-боксилат (7)

К раствору 115 мг (0.4 ммоль) вещества 8 в 20 мл абсолютного диметилсульфоксида добавляют 67 мг (0.6 ммоль) трет-бутилата калия в атмосфере азота и перемешивают 15 мин, после чего вносят 117 мг (0.6 ммоль) йодистого гексила и продолжают перемешивание при комнатной температуре до окончания реакции (1-2 часа). Реакционную смесь выливают в 10 мл ледяной воды и экстрагируют дихлорметаном (3*5 мл), экстракт промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над безводным MgSO4, упаривают растворитель, а остаток очищают колоночной хроматографией (си-ликагель-бензол). Выход составляет 100 мг (74 %).

Rf = 0,39 (бензол). ИК-спектр, (v, см-1): 1700 (C=O).

Спектр ЯМР 1H (CDCI3, 5, м.д. , J, Hz): 0.91 (3H, t, 3J = 7.0, OCH2CH3); 1.33-1.38 (7H, m, (СИзЬ, CH3) 1.50 (2H, m, CH2), 1.83 (2H, dd, 3J = 14.9, 3J = 6.9, CH2), 4.15 (2H, t, 3J = 6.7, OCH2), 4.31 (2H, q, 3J = 7.0, OCH2CH3); 6.89 (1H, s, Thi-3-H); 7.04 (1H, dd, 3J = 5.1, 3J = 3.5, Thi-4'-H); 7.27 (1H, dd, 3J=3.7, 4J = 1.2, Thi-5'-H); 7.30 (1H, dd, 3J = 5.1, 4J = 1.2, Thi-3'-H);

Спектр ЯМР 13C (CDCI3, 5, м.д.): 14.00 (OCH2CH3), 14.39 (CH3), 22.55 25.47 29.30 31.50 ((CH2)4), 60.42 (OOH2CH3), 72.11 (OOH2CH2), 112.94 (3(C)- Thi), 124.97 (3'(C)-Thi), 126.45 (5'(C)- Thi), 128.12 (4'(C)- Thi), 136.69 (2(C)- Thi), 141.03 (2'(C)- Thi), 161.09 (4(c)- Thi), 161.70 ^=O).

ЛИТЕРАТУРА

[1] Amaresh Mishra, Chang-Qi Ma and Peter Bauerle. Functional Oligothiophenes: Molecular Design for Multidimensional Nanoarchitectures and Their Applications // Chem. Rev. 2009. V. 109. P. 1141-1276.

[2] Xu W.-C, Chang C.-j., Zhou Q., Ashendel C. L., Chang C.T. Novel protein kinase C inhibitors: Synthesis and PKC inhibition of beta-substituted polythiophene derivatives // Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999. № 9. V. 15. P. 2279-2282.

[3] Chang C.-T, Chang C.-J., Lee C.-T, Lin F.-L. Polythiophene anti-tumor agents // Industrial Technology & Research Institute; Purdue Research Foundation. EP 1007035. WO 9823269.

[4] Massimo L. Capobianco, Giovanna Barbarella, Antonio Manetto // Molecules. 2012. V. 17. P. 910-933.

[5] Zhang Y., Chunchang Z., Yang J. Synthesis, Optical and Electrochemical Properties of a New Family of Dendritic Oligothiophenes // Org. Chem. 2006. V. 77. P. 9475-9483.

[6] Jaafari A., Ouzeau V., Ely M. Synthesis and optical properties of novel 1,3-propanedione bearing oligothiophene substituents // Synth. Met. 2004. V. 147. P. 183-189.

[7] Galli C. Acylation f Arenes and Heteroarenes with in situ Generated Acyl Tryfluoroacetates // Synth. Commun. 1979. V. 9. P. 303-304.

[8] Bodendorf K., Mayer R. Über die Darstellungen und Fragmentierung von ß-Chlor-acroleinen // Chem. Ber. 1965. B. 98. T. 11. S. 3554-3560.

[9] Shriner R.L., Schmidt A.G. Ethyl Benzoylacetate // Org. Syn. 1943. V. 2. № 266. P. 35.

[10] Вульфсон Н. С., Колчин В. Е. Исследование в области производных ацилуксусных эфиров гетероциклического ряда // Журн. общ. хим. 1960. Вып.10. T. XXX. C. 3425-3430.