CC BY
44
УДК 547.024+541.515
М. Д. Гольдфейн, О. Н. Адаев, Х. М. Ярошевская
ПРЕПАРАТИВНАЯ ХИМИЯ СОЕДИНЕНИЙ НИТРОКСИЛЬНОГО РЯДА С ВЫРАЖЕННО ЛОКАЛИЗОВАННЫМ ПАРАМАГНИТНЫМ ЦЕНТРОМ 2. СТАБИЛЬНЫЕ ИМИНОКСИЛЬНЫЕ РАДИКАЛЫ - ПРОИЗВОДНЫЕ П ИПЕРИДИНОВ
И ИМИДАЗОЛИНОВ Ключевые слова: стабильный радикал, парамагнетик, синтез, пиперидин.
Эта статья является второй из цикла статей, посвященных препаративной химии органических парамагнетиков. Приведено описание детального синтеза некоторых стабильных радикалов - производных пиперидинов и имидазолинов.
Keywords: stable radical, paramagnetic, synthes, piperidin, imidazolin.
This article is the second one of a cycle of articles, devoted to features of preparative chemistry of organic paramagnetics. The description of detailed synthesis of some stable radicals - piperidine and imidazoline derivatives, is shown.
Введение
В предыдущей статье было указано на уникальные физико-химические свойства долгоживущих свободных радикалов, которые обусловливают их фундаментальное и практическое значение в неживой и живой природе [1-8]. Основное внимание было уделено описанию методов синтеза стабильных радикалов -производных пирролина. Данная статья посвящена детальному описанию основных методов получения другого типа стабильных радикалов, а именно -производным пиперидина и имидазолина [9]. Эти типы радикалов наиболее известен не только в качестве ингибиторов радикальной полимеризации, но и в качестве спиновых меток и зондов при изучении биологических систем.
Экспериментальная часть
2,2,6,6-Тетраметил-4-оксопиперидин-1-
оксил
а) В 1 л воды растворяют 155 г триацетонамина, 15 г трилона Б, 15 г вольфрамата натрия, охлаждают до 3о С и добавляют при перемешивании 250 мл 30%-ного пероксида водорода, поддерживая в течение 4-6 ч внутри сосуда температуру не выше 15-20о. Затем реакционную смесь оставляют в защищенном от света месте на 8-10 суток при комнатной температуре, после чего насыщают карбонатом калия. Всплывшее темно-красное масло при охлаждении затвердевает. Его отсасывают на воронке Бюхнера, отжимают на фильтровальной бумаге и высушивают в вакуум-эксикаторе над слоем осушителя (плавленый хлористый кальций, сульфат
магния или едкий кали). Выход парамагнетика 160170 г; после перекристаллизации из гексана получают 130-140 г чистого вещества с т. пл. 36о.
б) В 0,5 л стакан загружают 200 г 30%-ного пероксида водорода, 10-12 г карбоната (или бикарбоната) натрия, раствор охлаждают до З-5оС и при перемешивании прибавляют 100 г триацетонамина, после чего смесь оставляют при комнатной температуре на 3-5 дней в защищенном от света месте. Реакционную массу насыщают поташом (или хлоридом натрия), выделившийся продукт отделяют и высушивают. Выход 104,5 г (93%). После перекристаллизации из гексана блестящие желто-оранжевые кристаллы
парамагнетика 1 плавятся при 36°.
Примечание. При перекристаллизации радикала из н-гептана, н-октана, н-нонана, н-декана, н-додекана и н-гексадекана образуются аддукты с более высокими температурами плавления.
2,2,6,6-Тетраметил-4 -оксипиперидин-1-
оксил
ОН
О
а) 2,2,6,6-Тетраметил-4-оксипиперидин. В стальной вращающейся автоклав емкостью 1 л загружают 156,3 г (1 моль) триацетонамина, 15 г скелетного никелевого катализатора Ренея и 250 мл метанола. Гидрирование осуществляют при 60° и начальном давлении водорода 175 атм. После поглощения 1 моля водорода, автоклав охлаждают, катализатор отделяют, а метанол испаряют на
Этот парамагнетик представляет собой первый функционализированный органический радикал с сильно локализованной свободной валентностью, выделенный из раствора в виде химически чистого вещества.
роторном испарителе в вакууме водоструйного насоса. Выход 2,2,6,6-тетраметил-4-оксипиперидина 148,8 г (94%); бесцветные иглы с т. пл. 128-129° (из бензола).
б) 2, 2,6,6 -Тетраметил-4 -оксипиперидин-1 -оксил. а) Смесь 30 г (0,19 моль) 2,2,6,6-тетраиетил-4-оксипиперидина, 1,2 г вольфрамата натрия, 2 г трилона Б и 50 мл (0,4 моль) 30%-ного пероксида водорода оставляют при комнатной температуре на несколько дней (или перемешивают при нагревании несколько часов). Реакционную массу насыщают поташом (или содой) и тщательно экстрагируют эфиром. Объединенные эфирные вытяжки высушивают плавленым карбонатом калия (или прокаленным сульфатом магния), фильтруют, эфир испаряют и остаток перекристаллизовывают из бензол - циклогексановой смеси (или эфирно -гексановой 2:1 смеси). Выход парамагнетика 32,26 г (98%) с т. пл. 70-71°.
б) В широкий стакан емкостью 0,5 л загружают 200 г 30%-ного пероксида водорода, 1012 г карбоната (или бикарбоната) натрия, 100 г 2,2,6,6-тетраметил-4-оксипиперидина и оставляют на 4-5 дней, а затем к реакционной массе добавляют избыток хлорида натрия (или поташа). Выход парамагнетика 109 г (количественный), т.пл. 71° (гексан - эфир, 1:1).
Примечание. Для ускорения процесса окисления 2,2,6,6-тетраметил-4-оксипиперидина и некоторых других стерически затрудненных аминов могут быть также использованы водорастворимые амиды, способные давать с пероксидом водорода реакционноспособные промежуточные производные надкарбаминовой кислоты.
в). В плоскодонную колбу емкостью 250 мл, оборудованную ртутным затвором и магнитной мешалкой помещают 8,5г (0,05 моль) 2,2,6,6-тетраметил-4-оксопиперидин-1-оксила, 25 мл 95%-ного этанола и 1,35 г (0,025 моль) КВН4. Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре в атмосфере аргона в течение 4 ч, спирт испаряют в токе аргона при пониженном давлении, остаток обрабатывают 20 мл воды и оставляют под слоем аргона на 2 дня. Красный парамагнитный раствор насыщают поташом и экстрагируют эфиром. После обычной обработки получают 7,6 г (68,3%) парамагнетика с т.пл. 71°.
Примечание. При проведении обычных препаративных работ в использовании инертного газа нет необходимости.
2,2,6,6-Тетраметил-4-бензоилоксипипе-ридин-1-оксил
К раствору 5,2 г 2,2,6,6-тетраметил-4-оксипипе-ридин-1-оксила в 20 мл абсолютного пиридина добавляют при перемешивании и охлаждении льдом 3,8 мл бензоилхлорида. Реакционную массу оставляют на ночь при комнатной температуре, а затем к ней при энергичном перемешивании добавляют 150 г колотого льда. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают ледяной водой, отжимают на фильтре и перекристаллизовывают из 20 мл метанола. Парамагнитный бензоат выпадает в виде ярко-красных игл с т.пл. 105° (сублимат); виде 7,5 г (90%).
Аналогично получают парамагнитные эфиры п-толуол-сульфокислоты и 3,5-динитробензойной кислоты.
2,2,6,6-Тетраметил-4-этил-4-оксипипери-дин-1-оксил
2,2,6,6-Тетраметил-4 -этил-4 -оксипиперидин. В трехгорлой круглодонной колбе емкостью 0.5 л снабженной капельной воронкой, мешалкой и обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой готовят раствор этилмагнийбромида из 24 г магния, 109 г этилбромида и 220 мл сухого эфира. К охлаждаемой реакционной массе небольшими порциями добавляют 46,5 г (0,3 моль) безводного триацетонамина в 100 мл сухого эфира. Смесь нагревают на воздушной бане 4 ч и оставляют на ночь. Твердую массу освобождают от эфира и растворяют при охлаждении в минимальном количестве 15%-ной соляной кислоты, насыщают твердым едким натром и экстрагируют эфиром. Объединенные эфирные вытяжки высушивают плавленым карбонатом калия, эфир испаряют и получают 37,5 г (0,24 моль) исходного триацетонамина. Оставшийся сильно щелочной раствор экстрагируют теплым бутанолом, объединенные вытяжки сушат плавленым карбонатом калия, бутанол испаряют при пониженном давлении, а остаток
перекристаллизовывают из эфирно - гексановой смеси. Выход 2,2,6,6-тетраметил-4-этил-4-оксипиперидина 7,0 г (60,3%); т. пл. 66,6°.
2,2,6,6-Тетраметил-4 -этил-4 -оксипиперидин-1-оксил. Раствор 5 г (0,025 моль) 2,2,6,6-тетраметил-4-этил-4-оксипиперидина, 0,01 г трилона Б, 0,1 г вольфрамата натрия и 10 мл 30%-ного пероксида водорода в 50 мл воды оставляют при комнатной температуре на 1 день, насыщают карбонатом калия, продукт отделяют и перекристаллизовывают из эфирно - гексановой смеси, выход парамагнетика 4,9 г (87%); т. пл. 69,5о.
Кислый фталат 2,2,6,6-тетраметил-4-оксипиперидин-1-оксила
Раствор 5 г (0,03 моль) 2,2,6,6-тетраметил-4-окси-пиперидин-1-оксила и 5 г (0,03 моль) в 20 мл безводного пиридина прогревают в течение 3 ч на водяной бане при 80-90°, охлаждают и добавляют при перемешивании 200 г колотого льда. Раствор подкисляют разбавленной соляной кислотой до рН 4 и экстрагируют хлороформом, объединенные вытяжки промывают водой и сушат безводным сульфатом натрия. Хлороформный раствор отделяют от осушителя и упаривают при пониженном давлении. Остаток
перекристаллизовывают на смеси хлороформа и гексана, выход оранжевых парамагнитных кристаллов составляет 7,3 г (76%); т. пл. 143°.
2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил
2,2,6,6-Тетраметилпиперидин. В литровую круглодонную колбу с обратным холодильником, снабженную обогревателем, загружают 300 мл диэтиленгликоля, 77 г (0,5 моль) триацетонамина, 75 мл (2 моль) 85%-ного гидразингидрата и 100 г (1,8 моль) КОН. Смесь осторожно нагревают до 135° и выдерживают при этой температуре до прекращения газовыделения, холодильник заменяют на нисходящий обратный и температуру реакционной массы медленно повышают до 195°. Дистиллят насыщают твердым карбонатом калия, органический слой отделяют и подвергают перегонке, отбирая фракцию 148-155°. Повторная ректификация над натрием дает достаточно чистый препарат с температурой кипения 151-152° (756 20
мм.рт.ст.), п° 1,4458, выход которого обычно составляет 50 г (70,8%).
2,2,6,6-Тетраметилпиперидин-1-оксил. В химическом стакане или плоскодонной колбе емкостью 1,5 л при охлаждении льдом и перемешивании приготовляют раствор 141,2 г (1 моль) 2,2,6,6-тетра-метилпиперидина, 15 г (0,04 моль) трилона Б (динатриевая соль дигидрата этилендиаминтетрауксусной кислоты), 10 г вольфрамата натрия, 800 мл 45%-ного метанола и 250 мл 30%-ного пероксида водорода. Реакционную массу оставляют при комнатной температуре на несколько дней (или перемешивают несколько часов при повышенной температуре), разбавляют одним
объемом воды, насыщают карбонатом калия и экстрагируют эфиром. Объединенные эфирные вытяжки высушивают безводным сульфатом магния, эфир испаряют, а остаток подвергают молекулярной перегонке в вакууме. Выход парамагнетика с т. пл. 37° составляет 95 г (61%), Это темно-красное кристаллическое вещество является первым представителем стабильных органических радикалов с локализованным парамагнитным центром.
2,2,6,6-тетраметил-4-хлорпиперидин-1-
оксил
а
2,2,6,6-Тетраметилпиперидин. Смесь 11,8 г (0,07 моль) 2,2,6,6-тетраметил-4-оксипиперидина, 41 г безводного хлорида цинка и 24 мл концентрированной соляной кислоты, насыщенной при минус 5° хлористым водородом, нагревают 2 ч в запаянной ампуле при 140о. После охлаждения, ампулу вскрывают и её содержимое выливают на 200 г колотого льда. После подщелачивания до рН 13 раствор экстрагируют эфиром. Объединенные эфирные вытяжки высушивают безводным сульфатом магния, эфир испаряют, а остаток сублимируют в вакууме. Выход бесцветного кристаллического продукта 7,8 г (59%) с т. пл. 3637°.
2,2,6,6-тетраметил-4-хлорпиперидин-1-оксил. К раствору 5,6 г (0,03 моль) 2,2,6,6-тетраметил-4-хлорпиперидина в смеси 50 мл метанола и 25 мл воды последовательно добавляют 100 мг трилона Б, 100 мг вольфрамата натрия и 10 мл 30%-ного пероксида водорода. Через 4 дня в реакционную массу вливают 300 мл воды, вещество отфильтровывают, промывают водой, сушат и перекристаллизовывают из гексана. Выход парамагнетика с т. пл. 111,5° составляет 5 г (81%)
.2,2,6,6-Тетраметил-1-этинил-4-оксипи-перидин-1 -оксил
B стальной автоклав вместимостью 100 мл загружают 8,5 г (0,05 моль) 2,2,6,6-тетpaметил-4-
оксипиперидин-1-оксила в 7,5 мл этанола, 2,8 г (0,05 моль) едкого кали в 10 мл этанола, 10 мл жидкого аммиака и насыщают смесь ацетиленом при 1,9 МПа. Реакционную массу оставляют под давлением при комнатной температуре 4 суток, а затем разбавляют водой и экстрагируют эфиром. Экстракт высушивают плавленым сульфатом натрия, фильтруют и упаривают. Получают 9 г (92%) парамагнетика в виде оранжевых кристаллов с т. пл. 125-126° (из гексан - хлороформной смеси, 3:1).
2,2,6,6-Тетраметил-1 -фенилэтинил-4-оксипиперидин-1-оксил
2,2,4,5,5 - Пентаметилимидазолин-3-оксид-
1-оксил
О
В стальной автоклав вместимостью 100 мл загружают 17 г (0,1 моль) 2,2,6,6-тетраметил-4-оксипиперидин-1-оксила в 15 мл этанола, 2,8 г (0,05 моль) едкого кали в 10 мл этанола, 5,1 г (0,05 моль) фенилацетилена и 15 мл жидкого аммиака. Автоклав закрывают и оставляют при комнатной температуре на 5 суток. Выделение продукта осуществляют аналогично предыдущему случаю и получают 7,8 г (67,8%) оранжевых кристаллов с т. пл. 130-131°(из хлороформ - гексановой смеси, 1:5).
Ди-2,2,6,6-тетраметил-1-оксил-4-окси-4-пиперидинацетилен
В литровый стальной автоклав загружают 85 г (0,5 моль) 2,2,6,6-тетраметил-4-оксипиперидин-1-оксила в 75 мл этанола, 28 г (0,5 моль) едкого кали в 100 мл этанола, 150 мл жидкого аммиака, и смесь насыщают ацетиленом при 1,5 МПа. Автоклав оставляют под давлением при комнатной температуре на 4 суток, а затем содержимое разбавляют водой, экстрагируют эфиром, и эфирные вытяжки высушивают плавленым сульфатом натрия. После упаривания экстракта кристаллическую массу извлекают хлороформом, а нерастворимый остаток перекристаллизовывают из хлороформ - гексановой смеси (9:1) и получают 2,84 г (2,1%) парамагнетика с т. пл. 194-196°.
О
О
Димер-2-хлор-3-нитрозо-2-метилбутана. В стальной эмалированный реактор с мешалкой загружают 11,5 л (0,156 кг/моль) метанола, 2,34 кг (0.029 кг/моль) нитрита натрия и охлаждают смесь до минус 13-180. К охлажденной реакционной массе приливают 1,49 кг (0,019 кг/моль) 90%-ного триметилэтилена (в пересчете на чистый триметилэтилен), а затем в течение 2-х ч прибавляют 6,61 л (0,06 кг/моль) концентрированной соляной кислоты. Реакционную массу перемешивают при охлаждении ещё 4 ч и выливают в ледяную воду. Осадок отфильтровывают, промывают ледяной водой, небольшим количеством эфира и высушивают. Выход димера 1,95 кг (73%), после переосаждения эфиром из раствора в хлороформе продукт плавится в интервале 69-710.
N-(3 -оксимино-2-метилбутил-2)гидроксиламин. К раствору 15,3 г (220 ммоль) солянокислого гидроксиламина в 30 мл воды приливают раствор 16,4 г (200 ммоль) ацетата натрия в 30 мл воды и 130 мл этанола. После отделения хлорида натрия к фильтрату добавляют 13,6 г (50 ммоля) димера нитрозохлорида 2-метилбутена-2 и осторожно кипятят при перемешивании до его полного растворения. Примерно через 0,5 ч раствор охлаждают, спирт отгоняют в вакууме, а остаток перекристаллизовывают из этилацетата.. Выход N (3-оксимино-2-метилбутил-2)гидроксиламина 8,7 г (67%) с т. пл. 117-118°.
1-Окси-2,2,4,5,5-пентаметилимидазодин-3-оксид. К 100 г (520 ммоль) ацетата ^(3-оксимино-2-метилбутил-2-гидроксиламина прибавляют 200 мл (1,25 ммоль) диэтилкеталя ацетона и при перемешивании доводят до слабого кипения. Через 10 мин после полного исчезновения твердой фазы раствор охлаждают и упаривают под уменьшенным давлением. Остаток промывают эфиром. Выход вещества 50 г (56%), т. пл. 196-198°(из этанола).
2,2,4,5,5 - Пентаметилимидазолин-3-оксид-1-оксил. Суспензию 10 г (59 ммоль) 1-окси-2,2,4,5,5-пентаметилимидазолин-3-оксида и 20 г (230 ммоль) диоксида марганца в 200 мл бензола перемешивают до появления устойчивого желтого окрашивания раствора, которое обычно достигается через 0,5 ч после добавления МпО2.
Раствор декантируют, к осадку приливают 150 мл бензола, перемешивают до появления устойчивой желтой окраски и вновь декантируют. Эту операцию повторяют до тех пор пока свежие
порции бензола не перестанут окрашиваться. Объединенные вытяжки парамагнетика упаривают в вакууме водоструйного насоса и получают 9 г (90%) парамагнитного вещества с т. пл. 103-104о (из эквимолекулярной смеси бензол - гексан).
2-Спироциклогексан-4,5,5 -имидазолин-3-оксид-1 -оксил
'O
триметил-
O
2-Спироциклогексан-4,5,5-триметилимидаэолин-З-оксид. Смесь, состоящую из 1,16 г (10 ммоль) 2-амино-3-оксимино-2-метил-бутана, 3 г (33 ммоль) циклогексанона и 0,2 мл 8%-ной соляной кислоты, нагревают при 90о в течение 3 ч, охлаждают, добавляют прокаленные сульфат магния и карбонат калия (1:1). Высушенный раствор фильтруют, упаривают под пониженный давлением и получают 1,85 г (94%) продукта с т. пл. 96-97о (из циклогексана).
2-Спироциклогексан-4,5,5-триметилимидазолин-3-оксид-1-оксил. К раствору 5 г (26 ммоль) 2-спироциклогексан-4,5,5-триметил-имидазолин-З-оксида, 2 г вольфрамата натрия и 1 г трилона Б в 30 мл воды добавляют 35 мл 30%-ного пероксида водорода и оставляют на 2 ч при 60о. После охлаждения смесь экстрагируют хлороформом, экстракт высушивают сульфатом магния, фильтруют и упаривают. Выход парамагнетика 4,1 г (77%), т. пл. 103-105о (из гексана).
2,2,4,5,5 - Пентаметилимидазолин-1-оксил
O
1-0кси-2,2,4,5,5-пентаметилимидазолин. К суспензии 1,8 г (12 ммоль) гидрохлорида М-(3-оксо-2-метилбутил-2)гидроксиламина в 10 мл ацетона прибавляют 10 мл концентрированного водного раствора аммиака и оставляют при комнатной температуре на 2 ч. После концентрирования раствора при пониженном давлении, кристаллический продукт отфильтровывают и высушивают. Выход 1-окси-2,2,4,5,5-пентаметил-имидазолина 1,12 г (60%) с т. пл. 127-128о (из гептана).
2,2,4,5,5-пентаметилимидазолин-1-оксил. К раствору 2 г (13 ммоль) 1-окси-2,2,4,5,5-пентаметилимидазолина в 50 мл бензола при перемешивании добавляют 4 г диоксида марганца и продолжают перемешивание в течение 5 ч, при этом
раствор приобретает красный цвет. После отделения от осадка и упаривания получают 1,9 г (93%) подвижной парамагнитной жидкости красного цвета.
2,2,6,6-Тетраметилпиперидин-4-спиро-2-(4',5',5' - триметилимидазолин-1-оксил)
NH
2,2,6,6-Тетраметилпиперидин-4-спиро -2-(4',5',5'-триметил-1'-оксиимидазолин). К раствору 3,07 г (20 ммоль) 2-оксиамино-2-ацетил-пропана в 20 мл абсолютного метанола прибавляют раствор 3,1 г (20 ммоль) триацетонамина, 3,08 г (40 ммоль) ацетата аммония в 15 мл абсолютного метанола и смесь кипятят в течение 5 ч. Растворитель удаляют под уменьшенным давлением, к остатку добавляют эфир, а затем воду. Органический слой отделяют, высушивают сульфатом натрия, растворитель удаляют на роторном испарителе и получают 2,26 г (37%) кристаллического ацетата с т. пл. 250° (этанол - вода, 1:1).
2,2,6,6-Тетраметилпиперидин-4-спиро-2-(4',5',5' - триметил-имидазолин-1'-оксил). К раствору 0,65 г (2,6 ммоль) 2,2,6,6-тетраметил-пиперидин-4-спиро-2-(4 ',5',5' -триметил-1 -оксиимидазолина) в 50 мл бензола присыпают 7 г диоксида свинца, и смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 4 ч. Осадок отделяют, фильтрат упаривают в вакууме и получают 0,43 г (66%) желтых парамагнитных кристаллов с т. пл. 131-132°(из бензола).
Общая методика окисления стерически затрудненных 1-оксиимидазолин-3-оксидов. К раствору 2 г соответствующего 1-окси-имидазолин-3-оксида в 90 мл метанола добавляют 15 г диоксида свинца и перемешивают в течение 15 ч при комнатной температуре. Раствор приобретает интенсивную синюю или зеленую окраску. Реакционную массу разбавляют 300 мл эфира и фильтруют, осадок промывают на фильтре несколькими порциями эфира. После упаривания объединенных фильтратов парамагнетики очищают хроматографированием на силикагеле (элюент -хлороформ).
2,2,6,6-Тетраметилпиперидин-1-оксил-4-спиро-2-4',5',5' - триметилимидазолин-1'-оксил
—O
К раствору 0,81 г (3,3 ммоль) 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-спиро-2-(4',5',5'-
триметилимидазолин-1'-оксила) в 3 мл метанола добавляют 0,06 г вольфрамата натрия, 0,04 г трилона Б и 2 мл 30%-ного пероксида водорода. Через трое суток метанол упаривают под уменьшенным давлением, а остаток экстрагируют хлороформом и хроматографируют на оксиде алюминия (элюент - хлороформ). Выход парамагнетика 0,34 г (41%), т. пл. 123-124°(из циклогексана).
4-,Стиил 2,2,5,5-тетраметилимидазолин-3-оксид-1-оксил
К раствору 0,5 г (12,5 ммоль) едкого натра в 10 мл метанола прибавляют 2 г (11,6 ммоль) 1-окси-2,2,4,5,5-пентаметилимидазолин-3-оксида и 1,1 г (11,6 ммоль) бензальдегида. Смесь кипятят 4 ч и выливают в 100 мл воды. Продукт конденсации отфильтровывают и после высушивания суспензируют с 15 г диоксида свинца в 100 мл бензола. После 30 ч перемешивания при комнатной температуре окислитель отделяют, и фильтрат упаривают.
Выход парамагнетика 1,7 г (количественный), т. пл. 176-177° (из этанола).
4-Оксиминометил-2,2,5,5-тетраметилимидазолин-3 -оксид-1 -оксил
К суспензии амида натрия, полученного из 0,8 г натрия (350 ммоль) в 150 мл жидкого аммиака прибавляют 3,0 г (174 ммоль 1-окси-2,2,4,5,5-пентаметилимидазолин-3-оксида при охлаждении до минус 50° и непрерывном перемешивании и через 15 мин к смеси в течение 40 мин прикапывают 4,6 мл (340 ммоль) амилнитрита и продолжают перемешивание еще 1 ч. После испарения аммиака остаток обрабатывают 30 мл воды и экстрагируют эфиром. Водный слой нейтрализуют соляной кислотой, и выпавший в осадок оксим-радикал отфильтровывают. Экстракция водного раствора дает дополнительное количество продукта. Общий выход парамагнетика составляет 2,5 г (72%), т. пл. 150-151°(из водного этанола).
4-Карбокси-2,2,5,5 -тетраметил-
К охлажденному до минус 10о раствору 12,3г (220 ммоль) КОН в 40 мл воды при перемешивании прикапывают 4,2 мл (80 ммоль) брома в течение 0,5 ч. Затем за 1 ч прибавляют по каплям раствор 3,4 г (20 ммоль) 1-окси-2,2,4,5,5-пентаметилимидазолин-3-оксида в 30 мл воды. Осадок трибромметильного производного (8,О г) отделяют и прибавляют к раствору 4,4 г (76 ммоль) едкого кали в 30 мл 78%-ного водного этанола. Смесь оставляют на 1 ч, а затем фильтруют и концентрируют при пониженном давлении. Концентрированный водный раствор экстрагируют хлороформом и подкисляют соляной кислотой до рН 1-2. Выпавший осадок 4-карбокси-2,2,5,5-тетраметилимидазолин-З-оксид-1 -оксила отделяют, а из фильтрата экстрагируют эфиром дополнительное количество парамагнетика. 0бщий выход вещества 1,6 г (40%), т. пл. 106-107°(из спирта).
4-Бромметил-2,2,5,5-тетраметилимидазолин-3 -оксид-1 -оксил
Реакция без затрагивания парамагнитного центра. К раствору 22 г (129 ммоль) 2,2,4,5,5-пентаметилимидазолин-3-оксид-1-оксила в 300 мл четыреххлористого углерода прибавляют 22 г (130 ммоль) тонко растертого ^бромсукцинида и 0,5 мл трифторуксусной кислоты. Образовавшуюся суспензию перемешивают при комнатной температуре до тех пор (4 - 6 ч), пока не всплывет весь сукцинимид, который отделяют фильтрованием. Прозрачный фильтрат упаривают в вакууме водоструйного насоса, остаток хроматографируют на силикагеле (элюент -хлороформ). Выход парамагнитного продукта 24 г (75%) с т. пл. 122-123о(из этанола).
4-Дибромметил-2,2,5,5-тетраметил-
Реакция без затрагивания парамагнитного центра. К раствору 4 г (23,4 ммоль) 2,2,4,5,5-пентаметилимидазолин-3-оксид-1-оксила в 70 мл четыреххлористого углерода прибавляют 8,5 г (50 ммоль) тонко растертого №-бромсукцинимида и 0,3 мл трифторуксусной кислоты. Суспензию перемешивают 1 ч при комнатной температуре и еще 3 ч при 50о. Сукцинимид отфильтровывают, фильтрат выпаривают при пониженном давлении, остаток хроматографируют на силикагеле (элюент хлороформ), выход ярко-желтого парамагнитного вещества 5,8 г (76%) с т. пл. 135-137° (из этанола).
4-трет. Бутилиминометил-2,2,5,5-тетраметилимидазолин-1 -оксил
№
оксил
О
К смеси 9,5 мл трет-бутиламина и 7 мл воды в течение 2 ч прибавляют при перемешивании 8,0 г (32 ммоль) 4-бромметил-2,2,5,5-
тетраметилимидазолин-3-оксид-1-оксила, а затем смесь перемешивают еще 1 ч при 40о. Желтый осадок отфильтровывают, промывают водой и высушивают. Выход парамагнетика 6,0 г (83%) с т. пл. 103-105о (из этанола).
Гидразон 4-формил-2,2,5,5-
тетраметилимидазолин-1 -оксила
№
№Н „
4-Формил-2,2,5,5 -тетраметилимидазолин-1 -
НСО
О
К раствору 2,24 г (10 ммоль) 4-трет-бутилиминометил-2,2,5,5-тетраметилимидазолин-1-оксила в 20 мл этанола прибавляют 12 мл (10 ммоль) 3%-ной соляной кислоты и оставляют смесь на 1 ч при комнатной температуре. Затем к ней приливают 20 мл воды, насыщают хлоридом натрия и экстрагируют хлороформом. Объединенные экстракты упаривают при пониженном давлении, а маслообразный остаток хроматографируют на силикагеле (элюент хлороформ). Выход вещества 1.4 г (83%); красные кристаллы с т. пл. 40-42о (сублимат).
Транс-Этилен-бис-2,2,5,5-тетраметилимидазолин-3 -оксид-1 -оксил
СН='
О
О О
К суспензии амида натрия, приготовленного из 0,5 г натрия в 100 мл жидкого аммиака, прибавляют 0,5 г (2 ммоль) 4-бромметил-2,2,5,5-тетраметилимидазолин-3 -оксид-1 -оксила, оставляют при комнатной температуре до испарения аммиака и прибавляют 20 мл хлороформа. Неорганические соли отфильтровывают, хлороформ испаряют, остаток хроматографируют на силикагеле (элюент -хлороформ). Выход бирадикала 0,34 г (90%), т. пл. 226-229° (из смеси хлороформ - четыреххлористый углерод, 1:6).
4-трет-Бутилиминометил-2,2,5,5-тетраметилимидазолин-3 -оксид-1 -оксил
К 9 мл гидразина при перемешивании и нагревании до 50о небольшими порциями в течение 2 ч (последующую порцию добавляют после растворения предыдущей) прибавляют 3 г (12 ммоль) тонко растертого 4 - бромметил - 2,2,5,5 -тетраметилимидазолин- 3 - оксид - 1 - оксила. Смесь перемешивают при этой же температуре еще 2 ч, выпавший осадок отделяют, промывают водой, высушивают и окисляют 5 г диоксида свинца в 50 мл бензола. После упаривания бензольного фильтрата в вакууме получают 1,1 г (50%) желтого кристаллического вещества с т. пл. 112-113о (из бензола).
N
О
О
а) К смеси 10 мл трет-бутиламина и 20 мл этанола в течение 0,5 ч прибавляют 5,0 г (15,2 ммоль) 1-окси-4-дибромметил-2,2,5,5-тетра-
метилимидазолин-3-оксида и перемешивают реакционную смесь при комнатной температуре 4 ч. После этого приливают 100 мл воды, охлаждают смесь до 5о, осадок отфильтровывают, промывают водой и высушивают. Выход полупродукта 2,1 г (57%).
б) К раствору 2,1 г (8,7 ммоль) полупродукта в 100 мл бензола добавляют 4 г тонко измельченного диоксида марганца и перемешивают смесь при комнатной температуре 20 ч. Окислитель отделяют, фильтрат упаривают, а остаток переосаждают водой из этанола. Выход парамагнетика 2,1 г (количественный), т. пл. 110112°.
4-Формил-2,2,5,5 -тетраметилимидазолин-3 -оксид-1-оксил
К раствору 2,4 г (10 ммолей) 4-трет-бутилиминометил-2,2,5,5-тетраметилимидазокин-3-оксид-1-оксила в 40 мл этанола прибавляют 13 мл 3%-ной соляной кислоты, и оставляют на 1 ч при комнатной температуре. Спирт испаряют при пониженном давлении, остаток извлекают хлороформом и хроматографируют на силикагеле
(элюент - хлороформ). Выход парамагнитного вещества 1,5 г (81%), т. пл. 110-112° (сублимат).
Литература
1. Э.Г. Розанцев, Шолле. В.Д. Органическая химия свободных радикалов. М.: Химия. 1979. 344 с
2. Бучаченко А.Л., Вассерман А.М. Стабильные радикалы. М.: Химия 1973. 408 с.
3. Розанцев Э.Г. Свободные иминоксильные радикалы. М.: Химия. 1970. 216 с.
4. Розанцев Э.Г. А.С. СССР № 166031. Б.И. № 21 (1964).
5. Розанцев Э.Г., Нейман М.Б., Лихтенштейн Г.И. А.С. СССР № 166133. Б.И. № 21 (1964).
6. Нитроксильные радикалы. Синтез, химия, приложения. /Розанцев Э.Г., Жданов Р.И. - М.: Наука. 1987. 271 с.
7. Розанцев Э.Г., Гольдфейн М.Д.., Пулин В.Ф. Органические парамагнетики. Саратов: Изд-во Саратов. Госуд. Ун-та. 2000. 340 с.
8. Гольдфейн М.Д., Розанцев Э.Г. Свободные радикалы и органические парамагнетики. //Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. 2014. № 1 (5). С. 60-72.
9. Володарский Л.Б., Григорьев И.А., Диканов С.А., Резников В.А., Щукин Г.И. Имидазолиновые нитроксильные радикалы. Новосибирск: Химия. 1988. 212 с.
© М. Д. Гольдфейн - профессор, советник ректора, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского. [email protected]; О. Н. Адаев - ст. препод., Саратовский социально-экономический институт Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова, [email protected]; Х. М. Ярошевская - канд. хим. наук, проф. каф. физической и коллоидной химии КНИТУ.
© M. D. Goldfein, professor, Saratov State University is name N.G. Chernyshevski, [email protected]; O. N. Adaev, Senior lecture Saratov Social-Economic Institute of Russian Economic University is name G.V. Plehanov, [email protected]; H. M. Yaroshevskaya - PhD, professor of Physical and Colloidal Chemistry of KNRTU.
