CC BY
8Краун-эфиры Crown ethers
JVJaKpor&T&pou,yj YS\ Ы
http://macroheterocycles.isuct.ru
Сообщение Communication
A Simple Method for Iodination of Benzo- and Dibenzocrown Ethers
Sergei M. Pluzhnik-Gladyr, Ildar M. Rakipov, and Sergei A. Kotlyar@
A. V. Bogatsky Physico-Chemical Institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Odessa, 65080, Ukraine @Corresponding author E-mail: [email protected]
Iodination of benzo-12-crown-4, benzo-15-crown-5 and benzo-18-crown-6 by equimolar amounts of N-iodosuccinimide in ethanol in the presence of sulfuric acid additions proceeds quickly and selectively and results in corresponding 4I-iododerivatives with 78-86% yields. Reactivity of [3.3]dibenzo-18-crown-6 slightly differs from that of benzocrown ethers and diiodide (mixture of cis- and trans-isomers) is obtained with 76% yield.
Keywords: Benzo- and dibenzocrown ethers, N-iodosuccinimide, selective iodination.
Простой способ иодирования бензо- и дибензокраун-эфиров
С.М. Плужник-Гладырь, И.М. Ракипов, С.А. Котляр@
Физико-химический институт им. А. В. Богатского Национальной академии наук Украины, г. Одесса, 65080, Украина @E-mail: [email protected]
Иодирование бензо-12-краун-4, бензо-15-краун-5 и бензо-18-краун-6 эквимолярными количествами N-иодсукцинимида протекает быстро и селективно в среде этанола в присутствии небольших количеств серной кислоты и приводит к соответствующим 41-иодпроизводным с выходами 78-86%. Реакционная способность [3.3]дибензо-18-краун-6 мало отличается от таковой у бензокраун-эфиров, а дииодид (смесь цис- и транс-изомеров) образуется с выходом 76%.
Ключевые слова: Бензо- и дибензокраун-эфиры, N-иодсукцинимид, селективное иодирование.
Введение
Иодзамещенные бензо- (БКЭ) и дибензокраун-эфиры (ДБКЭ) легко трансформируются в труднодоступные ацетиленовые,11-31 винильные,[4,5] н-алкильные, н-гидроксиалкильные,[6] биологически активные аммониевые и фосфониевые[7] производные, а также краун-гетероциклы,[8] бис-бензокраун-эфиры[3,6] и др.
В то же время, методы введения иода в ароматические фрагменты краун-соединений изучены явно недостаточно. Иодирование последних проводят в системах, содержащих сильные окислители, а именно, 12-ИЮ3-И28О4,[910] 1-С^С00Ая[5] и Ш-Н202[»] либо иоддихлоридом триметилбензиламмония в среде СИ3СООН в присутствии безводного 2пС12.[12] Однако, по различным причинам обсуждаемые методики не масштабируются.
Перспективными источниками электрофильного иода, обладающего суперактивными свойствами либо повышенной реакционной способностью при иодировании ароматических соединений,[13-18] являются хлористый иод, тетраиодгликурил и ^иодсукцинимид, а соответствующие процессы протекают в среде Н2804 высокой концентрации (90-95%). В этих условиях ио-
дирование таких субстратов, как БКЭ и ДБКЭ, в значительной степени осложнено побочными процессами протонирования, осмоления, сульфирования и др.
В отдельных случаях алкилбензолы, ароматические амины, фенолы и некоторые другие субстраты,[19] реагируют с ^иодсукцинимидом в органических растворителях в присутствии небольших количеств
^4.
Недавно[20] нами обнаружено, что при «нейтральном» иодировании БКЭ и ДБКЭ в среде кипящего СИС13 реакционная способность ^иодсукцинимида заметно ниже сравнительно с его хлор- и броманало-гами. Если для последних, указанные макроциклы, в зависимости от стехиометрии реакции, с хорошими либо высокими выходами селективно трансформируются в соответствующие моно- или дигалогенпроиз-водные, только БКЭ под действием ^иодсукцинимида претерпевают моноиодирование (выходы продуктов лишь 20-30%).
Продолжая исследования в области синтеза, изучения строения и свойств галогенпроизводных БКЭ и ДБКЭ,[11,20-26] мы предприняли попытку разработать простой и селективный способ иодирования, общий для этих ароматических макрогетероциклов.
20
© ISUCT Publishing
Макрогетероциклы /Macroheterocycles 2009 2(1) 20-22
S.M. Pluzhnik-Gladyr, I.M. Rakipov, S.A. Kotlyar
Экспериментальная часть
Температуры плавления определяли на приборе ПТП-1 в запаянных и открытых капиллярах, скорость нагревания 4°С/мин. Краун-соединения 1-4 содержали не менее 98% основного вещества (ГЖХ), соединения-свидетели 5-8 получены по известным методикам.19-111 N-иодсукцинимид (т.пл. 200-201 °С) получали двумя различными способами, аналогично описанным в работах[18,27] и тщательно очищали до содержания основного вещества (титриметрия) не менее 98-99%. Использовали H2SO4 квалификации «х.ч.».
Спектры 1Н ЯМР записывали на спектрометре Varían WXR-300, с рабочей частотой 300 МГц, в растворах CDCl3, внутренний стандарт Me4Si. Масс спектры получали на масс-спектрометре МХ 1321 с использованием системы прямого ввода ESI (ионизирующее напряжение 70 эВ, температура камеры ионизации 220°C). ТСХ проводили на пластинах Silufol UV254 (Kavalier) в следующих системах растворителей: н-гексан:этилацетат = 7:3, н-гексан:ацетон = 3:1, этилацетат, н-гексан:хлороформ = 7:3, 5:2 либо 2:1 (проявление в УФ свете и парах иода).
Иодирование краун-эфиров 1-3
К раствору 7,5 ммоль КЭ 1-3 в 15 мл этанола, при перемешивании и охлаждении (10-15°С) прибавляли 1,5 мл концентрированной H2SO4. В течение 5 мин (не выше 20°С), при интенсивном перемешивании прибавляли небольшими порциями хорошо измельченный свежеочищенный N-иодсукцинимид (1,69 г, 7,5 ммоль) и перемешивали 30 мин. Реакционную смесь разбавляли 50-70 мл 3%-ного раствора Na2SO3, перемешивали до обесцвечивания, доводили до pH 7 раствором Na2CO3, фильтровали, твердый продукт промывали водой (5-10 мл). Сушили до постоянной массы, при необходимости, кристаллизовали из н-гептана.
4'-Иодбензо-12-краун-4, 5: Выход 2,26 г (86%), т. пл. 7273 °С. Найдено, %: С 41,10, Н 4,21, I 36,12. C12H15IO4. Вычислено, %: С 41,16, Н 4,32, I 36,24. m/z (ESI), %: 350 (100) [М+]; 262 (96), 263 (11) [(M-(CH2CH2O)2)]+. 1H ЯМР (CDCl3, 298 K) SH м.д.: 7,27-7,23 (2H, д, J=9,0 Hz, Ar), 6,75-6,71 (1H, д, J=9,0 Hz, Ar), 4,18-4,14 (4H, т, J=4,4 Hz, OCH2), 3,87-3,84 (4H, т, J=4,4 Hz, CH2O), 3,78 (4H, c, OCH2CH2O).
4'-Иодбензо-15-краун-5, 6: Выход 2,31 г (78 %), т. пл. 8182 °С. Найдено, %: С 42,55, Н 4,73, I 32,05. C14H19IO5. Вычислено, %: С 42,66, Н 4,86, I 32,19. m/z (ESI), %: 394 (49) [М+]; 262 (100)
[(M-(CH2CH2O)3)]+. 1H ЯМР (CDCl3) SH м.д.: 7,21-7,18 (1H, дд, J=8,4 Hz, J'=1,85 Hz, Ar), 7,15-7,12 (1H, д, J=1,85 Hz, Ar), 6,656,60 (1H, д, J=8,4 Hz, Ar), 4,13-4,09 (4H, т, J=4,4 Hz, CH,CH,O), 3,92-3,88 (4H, т, J=4,4 Hz, CH,CH,O), 3,77 (8H, c, CH,CH,O).
4'-Иодбензо-18-краун-6, 7: Выход 2,73 г (83 %), т. пл. 107-109 °С. Найдено, %: С 43,71, Н 5,18, I 28,81. C16H23IO6. Вычислено, %: С 43,85, Н 5,29, I 28,96. m/z (ESI), %: 438 (43) [М+]; 262 (100) [(M-(CH2CH2O)4)]+. 1H ЯМР (CDCl3) SH м.д.: 7,24 (1H, c, Ar), 7,12-7,08 (1H, д, J=8,4 Hz, Ar), 6,82-6,78 (1H, д, J=8,4 Hz, Ar), 4,15-4,12 (4H, т, J=4,4 Hz, OCH2), 3,92-3,90 (4H, т, J=4,4 Hz, CH2O), 3,86-3,80 (8H, м, OCH2CH2O), 3,68 (4H, c,
OCH2CH2O). 2 2 2
4',4",(5")-Дииод[3.3]дибензо-18-краун-6, смесь цис-и транс-изомеров, 8. Получали аналогично описанному выше, используя раствор макроцикла 4 (2,70 г, 7,5 ммоль) в 45 мл этанола, конц. H2SO4 (3 мл) и N-иодсукцинимид (3,38 г, 15,0 ммоль), кристаллизовали последовательно из метилцеллозольва и толуола. Выход 3,49 г (76%), т. пл. 179184 °С. Найдено, %: C 39,19, H 3,65, I 41,20. C20H22I2O6. Вычислено, %: C 39,24, H 3,62, I 41,46. m/z (ESI), %: (512 (100), 613 (14) [M+]; 306 (7), 307 (1,4) [1/2M+]; 262 (68), 263 (11,4) [1/2M+-CH2CH2O]. 1H ЯМР (CDCl3) SH м.д.: 3,96-4,05 (8Н, м, 2СН2OCH2), 4,09-4,19 (8Н, м, 4ArOCH2), 6,59 (2H, д), 7,10 (2H, с), 7,18 (2H, д).
Обсуждение результатов
Обнаружено, что бензо-12-краун-4 (1), бензо-15-краун-5 (2) и бензо-18-краун-6 (3), подобно некоторым другим ароматическим соединениям,[19] быстро и селективно иодируются эквимолярными количествами N-иодсукцинимида в среде этанола в присутствии небольших количеств H2SO4, образуя соответствующие 41-иодБКЭ 5-7 (выходы 78-86%) (Схема 1). Аналогично, иодирование [3.3]дибензо-18-краун-6 (4) при соотношении ДБКЭ:имид = 1:2, приводит к дииодпроизводному 8 (смесь цис- и трансизомеров) с выходом 76%.
Процесс осуществляли перемешиванием реакционной смеси, содержащей стехиометрические количества реагентов, в течение 30 мин, при комнатной температуре. Соотношение этанол:H2SO4 составляло 10:1 (по объему) для соединений 1-3, и ~15:1 для макроцикла 4.
гЛ
о о^
О or п
\_J
1-3
I
I
С2Н5ОН, H2S()4 20 °С n=l-3
íf\
5-7
O
O
I
I
C2H5OH, H2SO4
20 °C
O
0
O Q)^
O.
Схема 1.
Макрогетероциклы /Macroheterocycles 2009 2(1) 20-22
21
Iodination of Benzocrown Ethers
Отметим, что в условиях эксперимента, в противоположность исследованному ранее иодированию в среде кипящего CHCl3,[20I реакционные способности исследованных БКЭ 1-3 и ДБКЭ 4 практически не различаются.
Предложенный способ выделения целевых продуктов 5-8 достаточно прост. При обработке не вступившие в реакцию субстраты 1-3 растворяются в объеме воды, а последующая нейтрализация раствора исключает потери продуктов 5-7 из-за возможного растворения в воде в протонированной форме.
По данным масс-спектрометрии и ТСХ, при стехиометрическом соотношении реагентов краун-соединения 1-4 конвертируют полностью, а в реакционной смеси и неочищенных продуктах реакции практически отсутствуют дииодиды (для 1-3) либо моно- и трииодиды (для 4). В то же время, использование даже незначительного (5-10%) избытка иодирующего агента, во всех случаях приводит к появлению примесей.
При увеличении соотношения N-иодсукцини-мид:субстрат 1-3 в 2 раза нами получены смеси 4'-иод-и 4',5'-дииодБКЭ с преобладанием первых, а из макроцикла 4 с выходом ~70% образуется дииодид 8 (т. пл. 180-182 °С), содержащий незначительные примеси субстрата, моно- и трииодида.
Синтезированные соединения 5-8 идентифицированы с помощью 'Н ЯМР спектроскопии, масс-спектрометрии, элементного анализа, путем сопоставления их физико-химических характеристик с таковыми для соединений-свидетелей, синтезированных по известным методикам, а чистота установлена ТСХ.
Выводы
Создание систем с регулируемой активностью элек-трофильного иода, «настроенных» на определенные группы субстратов, является актуальной задачей. Иодирующая система, в состав которой входят N-иодсукцинимид, этанол и H2S04, показала высокую эффективность и селективность при иодировании как БКЭ, так и ДБКЭ за короткий промежуток времени при комнатной температуре.
На наш взгляд, предложенный простой способ иодирования ароматических краун-соединений обладает рядом несомненных преимуществ, сравнительно с описанными ранее.[5,9-12,2ч Доказательство предполагаемого механизма реакции и выявление возможного влияния краун-соединения на реакционную способность N-иодсукцинимида, является целью наших дальнейших исследований.
Список литературы
References
1. Klyatskaya S.V., Tretyakov Y.V., Vasilevskiy S.F. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Khim. 2002, 9, 1579-1581. (in Russ.).
2. Klyatskaya S.V., Tretyakov E.V., Vasilevskiy S.F. Mendeleev Commun. 1998, 5, 201-203.
3. Koenig B., Schofield E., Jones P.G., Bubenitschek P. J. Org. Chem. 1994, 59, 7142-7143.
4. Liao Yi, Zhang Zhuangyu, Hu Hongwen. Synth. Commun. 1995, 25, 595-601.
5. Kikukawa K., Takamura S., Hirayama H., Namiki H., Wada F., Matsuda T. Chem. Lett. 1980, 5, 511-514.
6. Kikukawa K., Abe A., Wada F., Matsuda T. Bull Chem. Soc. Jap. 1983, 56, 961-962.
7. Lukoyanov N.V., Vankin G.I., Malygin V.V., Kalchenko V.I., Parkhomenko N.A., Atamas L.I., Pacheva L.M., Galenko T.G., Ivanova T.A., Panarin V.A., Raevskii O.A., Markovskii L.N. Khim. Farm. Zh. 1991, 25, 36-38. (in Russ.).
8. Takeshlta M., Irie M. J. Org. Chem. 1998, 63, 6643-6649.
9. Klyatskaya S.V., Tretyakov E.V., Vasilevskiy S.F. Arkivoc. 2003, 13, 21-34.
10. Hyde E.M., Shaw, B.L., Shepherd I. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1978, 1696-1705.
11. Kotlyar S.A., Pluzhnik-Gladyr S.M. In Monomery dlya termoustoichivych polimerov [Monomers for Thermal Resistant Polymers]. Moskva, NIITEKHIM, 1990, 74-80. (in Russ.).
12. Takeshita M., Masahiro I. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 613616.
13. Tchaikovskiy V.K., Kharlova T.S., Filimonov V. D. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Khim. 1999, 7, 1303-1306. (in Russ.).
14. Tchaikovskiy V.K., Kharlova T.S., Filimonov V.D., Saryucheva T.A. Synthesis 1999, 5, 748-750.
15. Tchaikovskiy V.K., Filimonov V.D., Kharlova T.S., Chernova T.N., Sharapova E. S. Zh. Org. Khim. 2000, 36, 693-697. (in Russ.).
16. Tchaikovskiy V.K., Kharlova T.S., Tretyakov Y.V., Vasilevskiy S.F., Filimonov V.D. Izv. Ross. Akad. Nauk, Ser. Khim. 2000, 8, 1482-1484. (in Russ.).
17. Tchaikovskiy V.K., Filimonov V.D., Yagovkin A.Yu., Kharlova T.S. Tetrahedron Lett. 2000, 41, 9101-9104.
18. Tchaikovskiy V.K., Skorokhodov V.I., Filimonov V.D. Zh. Org. Khim. 2001, 37, 1572-1573. (in Russ.).
19. Tchaikovskiy V.K., Filimonov V.D. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved., Ser. Khim. i Khim. Tekhn. 2002, 45, 48-51. (in Russ.).
20. Kotlyar S.A., Pluzhnik-Gladyr S.M. Macroheterocycles 2008, 1, 85-89.
21. Kamalov G.L., Kotlyar S.A., Grygorash R.Ya., Tkachuk V.V., Chuprin G.N., Shishkin O.V., Konup I.P., Konup L.A. In Oxygen and Sulfur Containing Heterocycles. (Kartsev V.G., Ed.). Moscow: IBS PRESS, 2003, 238-244.
22. Kotlyar S.A., Shishkina S.V., Shishkin O.V., Pluzhnik-Gladyr S.M., Kiriyak A.V., Chuprin G.N., Kamalov G.L. Acta Crystallogr. 2006, E62, m120-m122.
23. Kotlyar S.A., Shishkina S.V., Shishkin O.V., Grygorash R. Ya., Pluzhnik-Gladyr S. M., Kamalov G. L. Acta Crystallogr. 2007, E63, o2904.
24. Atamas L.I., Kotlyar S.A., Grygorash R.Ya., Pluzhnik-Gladyr S.M., Shishkin O.V., Shishkina S.V., Zubatyuk R.I., Kalchenko V.I., Kamalov G.L. J. Struct. Chem. 2005, 46, S9-S15.
25. Konup L.O., Konup I.P., Pluzhnik-Gladyr S.M., Kotlyar S.A. Odesskiy Med. Zh. 2006, 4, 14-17.
26. Fonari M.S., Simonov Yu.A., Bocelli G., Ganin E.V., Wang Wen-Jwu, Plyzhnik-Gladyr S.M., Tkachuk V.V., Kotlyar S.A., Kamalov G.L. J. Incl. Phen. and Macrocycl. Chem. 2008, 61, 367-375.
27. Benson W.R., McBee E.T., Rand L. Organic Syntheses Coll. 1973, 5, 663-664.
Received 21.11.2008 Accepted 05.12.2008 First published on the web 05.02.2009
22
Макрогетероциклы /Macroheterocycles 2009 2(1) 20-22
