CC BY
13УДК 547.582.2
И.Г. Абрамов, М.Н. Воронько, В.Б. Лысков, О.В. Маковкина, Р.С. Бегунов*, Г.А. Рызванович*
ПОДХОДЫ К СИНТЕЗУ БЕНЗО [4,5] ИМИДАЗО [1,2-А] ПИРИДИН-7,8-ДИКАРБОНИТРИЛА
(Ярославский государственный технический университет, *Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова) E-mail: а[email protected]
Исследована возможность синтеза бензо[4,5]имидазо[1,2-а]пиридин-7,8-дикарбо-нитрила в условиях реакции S^Ar 2-аминопиридина с 4-бром-5-нитрофталонитрилом и при восстановительном аминировании соли пиридиния - продукта взаимодействия 4-бром-5-нитрофталонитрила и пиридина.
Одним из эффективных способов синтеза гетероциклических систем различных классов является конструирование гетероциклического фрагмента в условиях реакции с использованием бифункциональных реагентов и соответствующих субстратов [1,2]. В этом случае необходимый в целевом гетероциклическом соединении конкретный заместитель или фрагмент должен присутствовать в одном из исходных соединений. Такой путь очень часто является практически единственным способом получения ряда органических соединений, например, гетероциклических орто-дикарбонитрилов - продуктов многоцелевого применения. Для достижения этих целей нами в качестве исходного субстрата был использован 4-бром-5-нитрофталонитрил (БНФН). Высокая активность последнего в «^Аг реакциях с Ы-нуклеофилами [3], с одной стороны, и способность гетероциклических систем депротонируясь, вступать в аналогичные реакции нуклеофильного замещения [4], с другой, позволила нам последовательным замещением обоих нуклеофугов синтезировать широкий круг орто-дикарбонитрилов, конденсированных с гетероциклическими системами разных классов: производными бензотиазо-ла, бензотриазола, оксазина и др., которые могут быть использованы для получения фталоциани-нов, гексазоцикланов и т. д. [4-10].
В данной работе нами исследованы два возможных способа получения бен-зо[4,5]имидазо[ 1,2-а]пиридин-7,8-дикарбонитрила (V). В обоих случаях в качестве исходного субстрата был использован БНФН (I).
По методу А в качестве исходного Ы-нуклеофила нами был выбран 2-аминопиридин (II). Синтез целевого продукта проводили при нагревании в безводном апротонном диполярном растворителе в присутствии депротонирующего агента - К2СО3 (схема 1).
Схема 1
В этих условиях в БНФН (I) сначала происходило замещение атома брома, активируемого находящейся в орто - положении к нему нитро-группой. Присутствовавшие в субстрате две циан-группы усиливали это влияние и способствовали затем замещению самой нитрогруппы. Реакция межмолекулярного нуклеофильного замещения атома галогена приводила к образованию интер-медиата (III), находящегося в равновесии с тауто-мером (IV), содержавшего одновременно нитро-группу и Ы-нуклеофильный центр, достаточно активные для дальнейшего замещения. Последующее внутримолекулярное замещение нитрогруппы депротонированным Ы-нуклеофилом завершало формирование имидазольного кольца и приводило к образованию бензо[4,5]имидазо[1,2-а]пиридин-7,8-дикарбонитрила (V).
Необходимо отметить, что хотя использование высокоактивированного БНФН и ДМФА вместо Ы,Ы-диметиланилина и позволило нам снизить температуру реакции со 195 оС до 140 оС по сравнению с методикой, предложенной в работе [11], но малодоступность замещённых 2-аминопиридинов и сравнительно жесткие условия проведения реакции являются существенными недостатками данного метода синтеза замещенных бензо [4,5] имидазо[1,2-а] пиридинов.
Указанных недостатков лишен метод Б, основанный на восстановительном аминировании солей пиридиния, полученных при взаимодействии пиридина и БНФН [12].
Реакция БНФН (I) с пиридином (VI), являющимся одновременно и растворителем и реагентом, протекала при 20 °С в течение 1 ч. Присутствие в полученной соли пиридиния (VII) формального положительного заряда на атоме азота усиливало склонность пиридина к нуклео-фильной атаке и облегчало проведение процесса. Последующее внутримолекулярное восстановительное аминирование ^-(2-нитро-4,5-дициано-фенил)пиридиний бромида (VII), протекавшее в этаноле в присутствии 8пС12-2Н20 и 3 %-ной НС1 при 20 °С в течение 0,12 ч, приводило к получению целевого продукта (V) с выходом 90 %.
Проведение реакции в данных условиях позволило снизить температуру процесса по сравнению с методом А со 140 °С до 20 °С и значительно сократить время её протекания, а возможность использования более доступных замещённых производных пиридина открывает широкую перспективу для увеличения структурного разнообразия бензо[4,5]имидазо[1,2-а] пиридин-7,8-ди-карбонитрилов, содержащих различные заместители в пиридиновом фрагменте.
Синтезированный различными способами бензо[4,5]имидазо [1,2 -а] пиридин-7,8 -дикарбонит-рил (V) - кристаллическое вещество, строение которого подтверждено его спектральными характеристиками. Так, в ИК спектрах имеются характеристические полосы поглощения валентных колебаний связи С=Ы в области 2240 см"1, имина -1604 см"1, и отсутствие характеристических полос поглощения NO2-группы (1560, 1340 см-1) и NH (3130...3300 см-1), присутствующих в соединениях (I) и (II) соответственно [13].
Спектры ПМР идентичны - в них присутствуют сигналы ароматических протонов. В масс-спектрах соединений имеются интенсивные пики (69...100 отн. %) молекулярных ионов М , а характер дальнейшей фрагментации, не противоречит предлагаемым структурам.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Спектры ЯМР 1Н записывались на приборе Вгикег DRX500 SF=500 МГц в DMSO-J6, внутренний стандарт TMS. Масс-спектры получены на приборе МХ-1310. Элементный состав определяли на элементном анализаторе СНК-1.
ИК спектры записывали на приборе 1Я-75 (ЧССР) (суспензия в вазелиновом масле).
4-Бром-5-нитрофталонитрил (I) получен по методике, представленной в работе [14].
Бензо[4,5] имидазо[1,2-а] пиридин-7,8-ди-карбонитрил (V). Способ А. К 3Q мл ДMФА при перемешивании последовательно добавляют 2.52 г фШ моль) БHФH (I), 2.8 г моль) безводного К2СО3 и Q.94 г (Q.Q1 моль) 2-аминопиридина (II). Полученную смесь интенсивно перемешивают при 130.. 140 °С в течение 2.5 ч. После охлаждения до комнатной температуры, реакционную массу выливают в 1QQ мл воды, отфильтровывают образовавшийся осадок, промывают 5Q мл воды и кристаллизуют из ДМФА. Получают 1.37 г (64 % от теории) (V). Т. пл. > 300. Спектр 1Н ЯМР S: 7.25 м (1Н, Н3), 7.83 м (2Н, Hi2), 8.61 с (1 H, Н9), 9.21 д (1 H, H4, J 8.5 Гц), 9.24 с (1 H, H6). MS, m/z: 218 (100) [M]+. Шйдено, %: С 71.2; H 2.9; N 25.8. С13И<^4. Вычислено, %: С 71.6; H 2.8; N 25.7.
Способ Б. ^(2-нитро-4,5-дицианофе-нил)пиридиний бромистый (VII). 5 г (Q.Q2 моль) 4-бром-5-нитрофталонитрила вносят в 11.3 мл (0.14 моль) пиридина и перемешивают при температуре 20 °С в течение 1 часа. Выпавший осадок отфильтровывают и промывают 3Q мл этилового спирта. Получают 6.5 г (99 % от теории) бромида N-(2-N02-4.5-дицианофснил)пиридиния - белый порошок, т.пл. 204-207 °С. Спектр 1Н ЯМР, 5, мд: 8.42 т (2Н, РуН2 6, J9.5 Гц), 8.98 т (1Н, РуН4, J 10.0 Гц), 9.12 с (1H, PhH3), 9.28 с (1H, PhH6), 9.48 д (2H, PyH35, J 9.Q Гц). Шйдено, % С 47Д H 2.4; N 16.9. Q3H7BrN402. Вычислено, % C 47.1; H 21; N 16.9.
Бензо[4,5] имидазо[1,2-а] пиридин-7,8-ди-карбонитрил (V). К 5 г (Q.Q15 моль) бромида N-(2-К02-4,5-дицианофенил)пиридиния в 2Q мл этилового спирта вносится при перемешивании 10.24 г (0.045 моль) SnCl2-2H20 в 20 мл 3 %-ной соляной кислоты. Через Q.12 ч реакционная смесь подщелачивается 25 %-ным водным раствором аммиака до pH = 7-8 и экстрагируется несколькими порциями хлороформа (2 = 300 мл). После отгонки хлороформа получают 2.95 г (90 % от теории) (V). Т. пл. > 300 °С. Спектр 'Н ЯМР аналогичен.
ЛИТЕРАТУРА
1. Terrier F. Nucleophilic Aromatic Displacement: The Influence of the Nitro Group. VSH Publishers. New York. 1991.
2. Rádl S. Adv. Heterocycl. Chem. 2002. Vol. 83. P. 189-258.
3. Абрамов И.Г. и др. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2QQQ. Т. 43. Вып. 1. С. 12Q-124.
4. Абрамов И.Г. и др. ХГС. 2QQ5. № 2. С. 27Q-272.
5. Abramov I.G. et al. Mendeleev Commun. 2002. P. 72-74.
6. Abramov I.G. et al. Heterocycles. 2001. Vol. 6. P. 11611163.
7. Abramov I.G. et al. Heterocycles. 2003. Vol. 7. P. 16111614.
8. Майзлиш В.Е, Балакирев А.Б., Шишкина О.В. ЖОХ. 2QQ1. Т. 71. Вып. 2. С. 274-286.
8
ХИMИЯ И ХИMИЧЕСKАЯ ТЕХHOЛOГИЯ 2QQ7 том 50 вып. 4
9. Siling S.A. et al. Oxidation Commun. 2000. Vol. 4. P. 481 -494.
10. Kuznetsov A.A., Busin P.V., Yablokova M.Y. High Perform. Polym. 2000. Vol. 12. P. 445-452.
11. Morgan S.G., Stewart J. J. Chem. Soc. 1938. N 8. P. 1057.
12. Бегунов Р.С., Рызванович Г.А., Фирганг С.И. Ж. орган. химии. 2004. Т. 40. Вып. 11. С. 1740-1743.
13. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир. 1976. 541 с.
14. Ивановский С.А. и др. Патент РФ. № 2167855. Б.И. 2001. С. 15.
Кафедра общей и физической химии
УДК 547.53:542.943
Е.А. Курганова, Г. Н. Кошель, С.Г. Кошель
ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЖИДКОФАЗНОГО ИНИЦИИРОВАННОГО ОКИСЛЕНИЯ МЕТИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ЦИКЛОГЕКСИЛБЕНЗОЛА
(Ярославский государственный технический университет) E-mail: [email protected]
Изучена реакция жидкофазного инициированного АИБН окисления метильных производных циклогексилбензола. Определена их реакционная способность по значению величин k2/^/k6 • Измерены основные кинетические параметры окисления: скорости окисления (W), скорости инициирования (W)
Гидропероксидное окисление метильных производных циклогексилбензола (I) лежит в основе совместного получения метилфенолов и цик-логексанона по схеме [1]:
п = 0, 1, 2, 3 Ранее было показано, что при жидкофаз-ном окислении метильных производных цикло-гексилбензола в интервале температур 120-140 оС в течение 5-6 часов конверсия данных углеводородов составляет 10-12 % [2]. При этом основным продуктом является третичный гидропероксид. В тоже время следует отметить, что изученные углеводороды окисляются с различной скоростью, которая снижается с увеличением количества ме-тильных групп в фенильном фрагменте фенил-циклогексана.
Наряду с изучением закономерностей накопления продуктов окисления определенный
теоретический интерес представляет изучение основных кинетических характеристик процесса: скорости окисления (W), скорости инициирования (W¡), показателя реакционной способности третичной С-Н-связи, так называемого параметра окисляемости (к 2
Окисление метильных производных цик-логексилбензола осуществляли газометрическим методом на кинетической установке [3]. Этот метод позволяет измерять скорость окисления с большой степенью точности при малых глубинах превращения, когда влиянием продуктов окисления на кинетику реакции можно пренебречь.
Скорость окисления (\¥, моль/(л-с)) определяли по уравнению:
W =
куст -tg01
V-
(1)
В
где tga — тангенс угла наклона кинетических зависимостей поглощения кислорода, которые представлены на рис. 1.
O
