Синтез 3,5-дизамещенных 1,2,4-оксадиазолов и Реакционная способность N-гидроксибензамидинов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.6:547,78

М.Н. Воронько, П.А. Циулнн, Г.Г. Краеовская, A.C. Данилова, В.В. Соснина,

В.В. Плахтинский, Е.Р. Кофанов

СИНТЕЗ 3,5-ДЮАМЕЩЕННЫХ 1,2,4-ОКС АДИ АЗО ЛОВ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

N-ГИДРОКСИБЕНЗАМИДИНОВ

(Ярославский государственный технический университет)

Исследована реакция замещенных N-гидроксибензамидинов с хлорангидридами кар-боновых и ангидридами дикарбоиовых кислот различного строения. Изучена активность замещенных N-гидроксибензамидинов в реакции с янтарным ангидридом и показано, что лимитирующей стадией образования 1,2,4-оксадиазолов является стадия депротоиирова-ния N-гидроксибензамидина.

Взаимодействием Л^гидроксибензамидинов (I) с галогенангидридами карбоновых (И) иди ангидридами 1,2-дикарбоновых кислот (III) синтезированы 3-Аг-5-1Г- (IV) или 3-Аг-5-К"-карбокси-1,2,4-оксадиазолы (V) соответственно.

R'—^

О

а

N-

он

ру

Ar^NH,

,0

vr;,

о

Ar

N'

//

N

-О

R'

IV

Ar

У К

N

V

Р

ОН

Ar = -CftH^-R; R = я-ОМе (a), «-Me (6), H (в), я-Вг (г), ,ï/-NO, (д),и-Ш2(е);

R'

S

О

(a) О (б,в) Х = М(б), Вг {»)

Rn - "СНгСН

(a)

(б)

Схема I

Нами были использованы хлорангидриды карбоновых кислот ряда тиофеиа (Па) и 5-оксо-4-оксатрицикло[4.2Л.03,7]нонана (ГШ,в), которые при взаимодействии с Л^-гидроксибензамидинами (I) давали продукты (IV). Оксадиазолы (V) , имеющие карбоксильную группу, получены при действии на JV-гидроксибензамидины янтарного ангидрида (Ша) и ангидрида 4-циклогексен-1,2~дикарбоновой кислоты (Шб). Реакцию проводили в кипящем пиридине при соотношении N-ги д роке ибензами дин : ангидрид - 1:3, моль, время реакции 1,5-2 ч.

В молекуле ./V-гидроксибензамидинов (I) имеются два реакционных центра: гидроксильная и аминогруппы, Гидроксигруппа в основной среде (пиридин) вступала в реакцию ацилироваиия с образованием сложного эфира, что подтвердили данные ИКС (наличие полосы 1723 см"1 - валентные колебания С-О-сложный эфир в спектре выделен-

ного промежуточного соединения). Аминогруппа затем участвовала в реакции внутримолекулярного нуклеофильного присоединения к карбонильному атому углерода с последующим отщеплением молекулы воды и образованием оксадиазол ьного цикла -соединения (IV и V),

Оценку реакционной способности различных А^гидроксибензамидинов при взаимодействии с янтарным ангидридом и хлорангидридом 2-тиофенкарбоновой кислоты проводили по выходу продукта реакции за определенное время. Константа, характеризующая собой реакционную способность субстрата, вычислялась по формуле: К ~ -Апр/Аив, (Апр - количество продукта реакции (Va* Va; А ив - количество непрореагировавшего субстрата I, моль).

Таблица 1.

Реакционная способность 1Ч-гидрокси-К-бензамидинов при взаимодействии с янтарным ангидридом

Table L Reactlvity of N-hydroxy-R-ben/amidines when Interactlrig with succînic anhydride.

о

£ а" [3] Выход, К= АПр/А1Ш !

%

M 0

/i-N02 0,78 93,8 15,10

м-NCb 0,71 84,3 5,30

H 0 64,1 1,798

и-СН3 -0,17 34,4 0,524

«-OC H ? -0,27 31,7 0,464

Из полученных нами данных с определенными допущениями можно предположить, что вышеуказанная реакция протекает по следующему механизму (схема 21);

N

ОН

'NH,

R

N'>f0 О

nii,r4

о

-Pyi

Л о

NH ОМ

Схема 2

Из приведенной таблицы видно, что наблюдается корреляция между \%К и нуклеофильными <т~- константами.

Корреляционная зависимость и уравнение корреляции представлены на графике:

о

о

-0,5

0,5

О

I'¿к - (-0.056±0.107) ь (0.977±0.174) а" г 0.942, л- 0.230 (»% 15.2), 6

Наличие корреляции с а"-константами свидетельствует о наличии прямого полярного сопряжения -М-заместителя (я-ЫОг) с реакционным центром в переходном состоянии [I]. Прямое полярное сопряжение возможно в анионе, образующемся при действии основания (пиридина - Ру) с исходным веществом (схема 2). Данный анион (К = 02) можно представить следующим набором резонансных структур;

.О

О.

NH

7

О

Схема 3

Исходя из полученных результатов, можно сделать выводы о том, что лимитирующей стадией процесса является стадия депротонизации субстрата под действием пиридина, т.к. только в этом случае возможен резонанс электроноакцепторных -М-заместителей (/ьЫ02) с реакционным центром (О'"). Реакционная способность определяется кислотностью исходных Д^-гидрокси-Я-бензамидинов.

Дальнейшие превращения, в том числе цик-

лизация, не являются лимитирующими стадиями. Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что данная реакция проходит через стадии депротонизации, присоединения с последующим отщеплением, т.е. может быть охарактеризована как нуклео-фильное замещение при карбонильном атоме углерода.

Для реакции тиофен-2-карбонилхлорида с

различными А^-гидрокси-Е-бензамидинами нам не удалось наблюдать удовлетворительной корреляции между lgК и «экзальтированными» нуклеофильны-

ми а константами (таблица 2).

Таблица 2,

Реакционная способность Л^гидрокси-К-бензамидинов при взаимодействии е тиофен-2-

карбонилхлоридвм Table Z Reactivity of N-hydroxy~R~benzamidines when

нон и I | !

Выход, % К= а

R Д|11»/Д|ц.>

и-N 02 62,0 1,631 0,79

п-Вг 1 63.7 0,800 1 0.23

.w-ОСНз 63,6 1,748 j 0,12

я-СН3 1 41,0 0,694 j -0,17

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Чистоту синтезированных соединений в виде растворов в ацетонитриле с концентрацией I0"3 моль/л определяли на жидкостном хроматографе -Perkin Elmer ''Series LS-200", колонка С-18 длиной 15 см, подвижная фаза ацетонитрил : вода™80;20, детектор УФ 210 нм.

ИК спектры записывали на приборе Spectrum RX-1 (Perkin Elmer) в виде суспензии образцов в вазелиновом масле.

Методика получения бензамидинов

В колбу приливали 130 мл этанола и добавляли 10 г нитрила /г-толуиловой кислоты. В кипящую смесь добавляли раствор гидрохлорида гидро-ксиламина, обработанного эквивалентным количеством карбоната натрия. Кипятили при температуре 80 °С в течение 4 ч. После отгонки спирта, образовавшийся белый осадок отфильтровали и сушили. Выход 8,77 г (68,1%) 7У-гидрокси-л-метил-бензами~ дина с температурой плавления 141 - 143°С.

Аналогично проводили синтезы АДтидрокси-п»иитро-% л*-метокак л^-нитро-бензамидинов, Выходы составили 55 - 75%.

Методика получения 1,2,4 - оке ад и азо лов В колбе с обратным холодильником растворяли 1,5 г А^гидрокеи-л-метил- бензамидмна в 10 мл пиридина при нагревании. Затем добавляли 2,4 г хлоран-

гидрида кислоты (Об), содержащей лактоновый цикл. Смесь кипятили в течение полутора часов. К готовому раствору прилили около 500 мл дистиллированной воды. Образовавшийся осадок отфильтровывали и сушили. Выход составил 1,8 г (60Д)%) с температурой плавления 175 177°С

Аналогично проводили синтезы всех остальных 1,2,4-оксадиазодов. Выходы составили 60 -83%,

Был опробован способ получения 1,2,4-оксади-азолов, основанный на реакции взаимодействия Л^гид-роксибензамидина (I) и различных производных карбоновых кислот с карбонилдиимидазолом в среде диокеана. Реакцию проводили при 100 °С в течение 2-3 ч. Карбонилдиимидазол необходим для создания активного соединения производного ими-дазола и карбоновой кислоты, с которым затем вступает в реакцию ацилироваиия гидроксильная группа iV-гидроксибен-замидина, с дальнейшей атакой

аминогруппы и замыканием 1,2,4чжсадиазоль кого цикла:

о

+ ir-COOi

гЧ" _,

2 N J- , -CO.

V

R' - «-1-С6Н4-. м- и н-Мс:М-Сл110 я-H2N-0:S-C,f . 4-ЛсЫНо-Ме-С,Пу «-Me-CAHrSOr(CH2)r, »-Ph-SOyCНГСЙНГ. i-Ph-SO:-NH-i-(MV)-CH-,

O. y(CMJr-

N OMe

Схема 4

Таблица 3.

Идентификация синтезированных соединений Table 3» Identification of the compounds synthesized.

1 1 R 1 № Функциоиаль- (схема 1) Выход, нос производи % 1 1 НОС 1 I T, °c ИКС, см"1

1 1 ? 3 I 4 f 5 6

!М к" i к О '

! О 39,0 I 182-184 | 1762 (~C=Ö лактон), ¡573 (ON), 1529,1341 (-NCK), 1168-1 024(-С-0-С, j 1 -N-O-C) !

/?-Вг 30,0 164-167 1770 (-00 лактон), 1562 (C=N), 650 (-Ör), 1 168-1065(-N-0-C,-C-0-C-), i 843 (1,4-замещ.)

I 3 R-CHj 52,7 102-103 1766{-C......О лактон),1564(ON), 828 (1,4-замещ.), 1 173-1024(-N-0-C,-C-0-j 1 C-)

5 .«-NO, 11,1 138-141 1756 (-00 лактон), 1515,134S(-N02) 1569,1536 (C=N), 1515,1348 (-N02), 1171-1009 {-N-O-C-, -С-0-С-)

6 42,0 95-97 1766 (-00 лашж), 1569 (C=N), 1168, 1110, 1038, 1023 (-N-O-C, -С-0-СЧ -CK 11.1

7 Н 36,2 135-138 1770 (-00 лактон), 1566 (ON), 1 1 11 77,1166,1026 (-N-0-C-,-C-0-C-), 723,693 (моно-замещ.)

1 Вг к-0

Q

0

n- Br

w-CHj

47 J

jm-NOt

504

98-200

1798(-C=0 лактон), 1565 (ON), 1529, 1345 <-NO*)t 1138-1009 (-N-O-СЧ

-C-Q-C-h 855(14-замещ,), 745 (-C-Br)

99-201 I 1784 (-C=О лактон), i 568 (ON), 1151-1012 {-N-O-C-, -С-0-С-), 832 (! ,4-

замет,), 758 (-C-Br) _

90-193 I 1778 (-ОЮ лактон), 1536 (C=N>, И40-1024 {-N-D-C-,-C-0-C-),764 (-C-

Br), 8б8(М-замещ,)

1793(-C=Q лактон)J 530 (C~NX 1519, 1347 (-NO^X И 36-1003 bN»0~C

-C-0-C-),739 (-C-Br) I

12 | 1 .м-ОСНз | 49,0 185-188 1766 (-C=0 лактон), 1569 (ON), 1110, 1038,1020 (-N-0-0-C-0-C-. -OCH,) 1

13

14

15

17

Продолжение таблицы

N

■О

N

8

к

«-N0

л-Вг

62,0 141-144

44,4

я-СН,

41,0

м-0 СЖ 63,6

149-152

145-149

136-139

1 570 (С=Ы), 1107 (-N-0-0-), 853 (1,4-замсщ.)

1570 (С=К). 1! 07 (-N-0-0-), 723 (-С-Вг), 834 {1,4-замещ.)

1536 (С=М,1182,1119 (-N-0-0), 826 (1,4-замещ.)

3498,3400{ЫН:), 1723 (-0=0 сл. эфир), 1673 (C=N), 1 110-1030 (-N-0-0 -,

-ООН-О, 852,753,752 (1,3-замещ.)

18

19

20

22

23

24

26

27

28

О

о

о

о

О.

О

о

Я

«-Вг

19.5

нСН

м- ОСН

89,6 2726{ОН), 1702(С=0 кислота), 1562(С=Ы), 1302 (С-О), 1182, П 56 (-N-0-

€-), 941 (ОН)

33,3 2722(ОН), 1727(00 кислота), 1552(С=К!), 1245,1200(0-0), 1160,1070

(-N-0-0), 923(ОН)

44.8

Н

40,

-■5

2656(ОН),1711(0-0), 1525,1346(-К01), 1258 (0-0 кислота), 934('ОН)

2656,2559(0Н), 1712,1694(0=0 кислота), 1654(0=0), 1571 (С=И), 1208(0-0), 1160, 1042, 1030(0-СНд,^-0-С-), 946 (ОН)

2654(ОН), 1703 (-0=0 кислоты), 1563 (С=Н), 1307,1266(0

11 59,Ш70(-М-О-О-),942(ОН)

4-0

он

п-

н-Вг

«-СН-5

«-ОСН

н

11,

34,4

39,0

84,3

2723,2619(ОН), 1715(0=0 кислота), !575('С=Ы), 1532, 1339 (N0,). 1293,1219(0-0), 1149, 1 Ю9(-Ы-0-С-), 925(ОН)

2720(0н).1706 (0=0 кислота), 1565(С-Ы), 1220(0-0), 1112, 1073 (-Ы-

0-0-), 917(ОН)_

2664(011),!698(0=0 кислота), 1570(С=Ы), 1232, 1205(0-0), 1 166, 11!6

(-N-0-0, 933(ОН)

2715(0Н), 1689(0-0), 1574, 1546(С=М), 1257(0-0), 1 172,11 14,1022

(-N-0-0-, -ОСНа), 934(0Н)

64.

150-152

2725{ОН), 17Н) ('0=0 кислота), 1580, 1521(0=Ы), 1537, 1348 (N0;), 1267, 1230 (С-О), 1163, Ю72('~К-0-С-), 9()6(ОН)

2734, 2675 (ОН), 1698(0=0 кислота), 1574, 1728 (С=Ы), 1230,

(С-О), 1165, Ш72(-Н-0-С-), 928(ОН)

ЛИТЕРАТУРА

К Палый В.А. Основы количественной теории органи ческих реакций. Л: Химия. 1977. 359с.

Кафедра органической химии