CC BY
11ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 49 (3) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2006
УДК 547.74+547.462,3 А,В* Колобов, КЛ. Овчинников, A.C. Данилова, Е.Р. Кофанов
СИНТЕЗ 5~ОКСО~1~АРИЛПИРРОЛИДИН З КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ И ПРОДУКТОВ НА ИХ
ОСНОВЕ
(Ярославский государственный технический университет)
E-mail: kolobovav@ystu.ru
На основе итаконовой кислоты и ароматических а чинов синтезирован ряд 5-окео-1-арилпирролидин~3~карбоновых кислот. Рассмотрены альтернативные пути синтеза их амидов и сложных эфиров*
Итаконовая кислота (1) является удобным реагентом для синтеза 5-оксопирролидин-З» карбоиовых кислот [1]- В настоящее время отсутствуют систематические данные об условиях синтеза карбоиовых кислот ряда 5-оксо-1 -фенияиирро-лидина (3), а также их производных - гадогенангид-ридов (5), сложных эфиров (6), амидов (7).
В зависимости от строения амина 2 получение 3 проводят без растворителя [2, 3] (120-145 °С) или с применением таких растворителей как вода, толуол [4], уксусная кислота [5], а-ксилол [6]. Из перечисленных методов хороший выход 3 отмечался в случае проведения реакции либо без растворителя, либо при применении о-ксилола. При проведении реакции без растворителя реакционную смесь еще горячей выливают в неполярный или слабополярный растворитель.
При получении 5-оксо-1-фенилггарролидин-3-карбоновой кислоты мы установили, что без растворителя выход составил 85 %, а в о-ксилоле - 93,6 поэтому получение кислот 3 проводили в о-кси-лоле при температуре кипения.
Таблица L
Температуры плавления и выходы 5-okcg-1-арилпирролидин-З-карбоновыж кислот (3)
Table 1 .Melting Points and Yields of 5-Gxo-l«Aryl~ Pyrroiidm-3-CarboxyIic Acids (3)
№ R1 R2 R3 R4 R5 Т пл, °С Выход, %
1 с2 н5 н н н н 100-103 79,5
2 СН3 СН3 н н и 202-205 88,5
3 сн3 н н н сн3 161-164 57,2
4 СН3 н н СНз н 130-133 64,3
5 С1 С1 н н н 187-190 66,8
6 н сн3 н СНз н 168-171 84,2
7 н С1 СНз н н 135-138 75,1
н С1 н н н 127-130 79,2
9 н н Вг н н 160-163 89,7
10 и н СНз н н 184-186 91,9
11 и н С1 н н 139-142 84,1
н н н н н 180-183 93,6
13 н н NO2 н н 163-166 34,2
14 н н ОС2Н5 н И 103-106 76,2
15 н н ОСНз н н 167-169 90,3
16 ОС2Н5 н н н н 103-106 76,9
17 ОСНз н н С1 н 185-188 72,9
18 осн, н н н н 154-157 | 82,7
Как следует из таблицы 1, большинство 3 получается с выходом 70-90%. Самые низкие выхо-
ды 3 получены при использовании в качестве 2 2,6-диметиланилина и 4-нитроанилина, что, очевидно, является следствием в первом случае стерических затруднений, а во втором низкой нуклеофильности
атома азота аминогруппы.
Поскольку в реакционной смеси не было обнаружено имидов итаконовой или цитраконовой кислот, можно сделать вывод, что реакции образования 3 предшествует аякилирование аминогруппы итаконовой кислотой. Для подтверждения этого вывода нами были проведены квантовохимические расчеты молекулы итаконовой кислоты в газофазном приближении методом РМЗ (программа МО-РАС 2000). Результаты расчетов приведены в таблице 2 и на рис, 1.
Таблица 2
Заряды на атомах и собственные коэффициенты АО
итаконовой кислоты
Table 2.Charges of Atoms and Eigenvectors of Itaconic
Acid
Номер атома* Заряд, е Квадраты собственных коэффициентов СРг-\$\ оценивающие вклад соответствующих АО в граничные МО**
ВЗМО НСМО
1 с: 0,419947 6002,5 1660562,5
2 С -0,148819 3778560,9 2412774,4
| 3 с -0,041996 517107,6 211,6
4 С 1 0,377262 372,1 44,1
| 5 О -0,388230 10824,1 28,9
60 -0,304185 67,6 1,6
70 -0,307091 3763,6 216384,1
80 -0,393174 816244,9 1116896,4
9 С -0,055357 4004358,4 4415602,5
10 Н 0,092005 400800,4 85932,9
| 11 И | 0,094123 371718,4 82992,1
12 Н 0,227789 1664,1 230,4
1 13 Н 0,231716 8,1 28,9
| 14 Н 0,091397 28,9 16,9
[ 15 И 1 0,104613 32,4 14,4
^Номера атомов соответствуют рисунку 1.
**Для атомов углерода и кислорода приведены значения коэффициентов для орбиталей.
Максимальные вклады в НСМО итаконовой кислоты вносят АО атомов Сь С2,С?. Можно предположить, что взаимодействие граничных орбита-лей нукдеофида (амина) и субстрата (итаконовой кислоты) будет приводить к образованию на первой стадии реакции продукта алкилирования амина итаконовой кислотой.
Н
10
Н
11
\
с
о.
з г.
Н
13
С
^-Н
Oi '2
6-ь
^14
5-
У?
Н
8 ' '15
Рис. !. Нумерация атомов и молекуле итаконовой кислоты Fig. 1. Numbers of atoms of itaconic acid molecule.
Этому процессу будет способствовать повышенная поляризуемость сопряженной системы к-электронов (Сд—С2—Cj-Gg; рис, 1), Эти данные, а так же отсутствие корреляции менаду направлением атаки амина и зарядами на атомах итаконовой кислоты, позволяют предположить орбитальный контроль в данной реакции,
О
Рис. 2, Продукт алкилирования анилина итаконовой кислотой Fig.ZThe product of aniline alkylation with itaconic acjd
Таблица 3.
Валентные углы продукта алкилирования анилина
итаконовой кислотой
Table 3,Valence Angles of the product of Alkylation of
Aniline with Itaconic Acid
Атомы* Угол, °
н к,......Cv~H ] 1 106,1
у-'-ч /Л /"1 L, 3"" v..- 2—v. 9 113,6
св-с2-с1 108,9
С3-С2—Ри> 109,2
С4-С3—С. 2 И ^^ ^^
115,7
Н 14-С9—Н;5 107,1
'Номера атомов соответствуют рисунку 2.
Расчет строения молекулы продукта алкилирования анилина итаконовой кислотой (рисунок 2, таблица 3) показал, что эта структура имеет значительные утловые напряжения- Следствием этого, вероятно, является быстрое замыкание имидного цикла. Нам не удалось выделить ни одного продукта алкилирования аминов итаконовой кислотой (60-140 °С5 этанол, юлуол, о-ксияоя).
Полученные кислоты 3 использовались для получения амидов и сложных эфиров. Активация карбонильной группы 3 достигалась либо получением имидазольного производного (4), либо хло-рангидрида (5).
Данные таблиц 4 и 5 позволяют сравнить эффективность использованных методов
Таблица 4.
Температуры плавлений и выходы амидов 5-оксо-1-арилпирролидин-З-карбоновых кислот (7)
Table 4. Melting Points and Yields of Amides of 5-Oxo-l-AtyI-Pyrrolidin-3-CarboxyIic Acids (7)
* - Реакция проводилась через стадию взаимодействия кислоты 3 с Н^карбонмлдиимидазолом.
Как видно из таблицы 4, выходы 7, полученные при использовании нмидазольных производных, несколько выше, чем при применении хло-рангидридов. Та же закономерность наблюдается и при получении эфиров (см, таблицу 5),
Следует отметить, что применение М,1М-кар-бонилдиимидазола не только позволяет увеличить выход 6 и 7, но и упрощает методики синтеза, К недостаткам применения этого реагента относятся необходимость тщательной осушки используемых растворителей и его высокая стоимость, что затрудняет использование этого реагента при значительных загрузках.
Таблица 5.
Температуры плавления и выходы сложных эфиров 5-оксО"1"арилпирролйДин-3-1сарбоновых кислот (6)
Table 5. Melting Points and Yields of Esters of 5-Gxo-l-Aryl-Pyrrolidin-3-Carboxylic Acids (6)
Ка исходной кислоты 3 в табл. 1 А1 А2 A3 А4 Т ор * ГШ ^ Выход, %
1 ОСН3 Н Н Н 69-71 40,8*
2 Н Н Вг н 70-73 28,4
3 Н н Вг н П 1-113 "j 3
8 Н н ОСН3 н 137-139 43,6*
8 ОСН3 н Н и 97-99 27,3
8 ОСНз н Н н 97-99 42,6*
10 Н СНз СН3 н 101-103 35,3
10 Н н Вг н 110-112 39,9
11 ОСНз н н н 93-95 28,1
16 СН3 СН3 н н 90-92 42,4*
16 Н СН3 н СНз 80-82 41,9*
* - Реакция проводилась через стадию взаимодействия кислоты 3 с КЫ-карбоншщиимидазолом.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ж
Общая методика получения 5-оксо~1~ арилпирролидин-3-карбоновых кислот (3). Смесь 0,384 моль итаконовой кислоты с эквимолекулярным количеством соответствующего амина в 150 мл о-ксилояа выдерживали при температуре кипения до прекращения выделения воды. После охлаждения выпавший осадок отфильтровывали, переосаждали. Выход 34-94 % (см. табл.1).
В ИК-спектрах всех полученных 3 имеются характерные полосы поглощения третичной амид-ной группы в области 1660 см"1 и карбоксильной группы в области 1760 см"1 и 3530 см"1.
Общая методика получения хлорангнд-ридов 5-оксо-1-арил пиррол идин-З-карбоновых кислот (5), Смесь ОД 37 моль 3, 140 мл хлороформа и 0,137 моль хлористого тионила кипятили 5-6 часов до полного растворения и прекращения выделения соляной кислоты. Отгоняли растворитель под вакуумом. Выход количественный.
Общая методика получения сложных эфиров взаимодействием хлорангидрдов (5) с фенолами. К раствору 0,013 моль фенола и 2,4 мл триэтиламина в 30 мл диметилформамида при перемешивании добавляли 0,013 моль хлорангидрида (5). Выдерживали при 40 °С 2 часа. Выливали в 100 мл воды. Осадок отфильтровывали и перекристал-лизовывали из этилового спирта.
Общая методика получения сложных эфиров через имидазольные производные (4). 0,00292 моль кислоты (3) растворяли в безводном диоксане. Добавляли эквимолекулярное количество
№ исход- В1 В2 вз В4 т °с 1 пл* ^ Вы-
ной ки- ход,
слоты 3 %
в табл. 1
1 ОСНз Н н С1 166-168 40,4*
2 Н СН3 н н 157-159 44,2
2 Н ОСН3 н н 174-176 37,2
2 ОСНз Н н н 143-145 41,2*
2 ОСН3 Н н С1 185-187 46,4*
4 н ОСН3 н н 201-203 53,9*
4 ОСИ, Н н ОСНз 137-139 43,2*
7 Н И СОСНз н 185-187 27,6
7 Н Н С! н 211-213 39,3
7 Н Н NHCOCH3 н >250 43,4*
7 ОСНз н н С1 173-175 41,6*
8 Н ОСНз н н 146-148 64,6*
8 ОСНз н н н 153-155 57,4*
11 н н NHCOCH3 н >250 41,3
11 ОСНз н н С1 186-188 53,2*
17 Н СН3 СНз н 192-194 42,1
17 Н н Ci и 176-178 32,3
18 Н СН3 н н 210-212 39,5
18 Н н NO2 н 209-211 23,6
18 ОС2Н5 н н н 167-169 43,6
Ы,Ы-карбонилдиимидазола. Реакционную смесь нагревали до 70°С. Через 0,5 ч добавляли 0,00307 моль фенола и нагревали 2 ч. Выливали в 50 мл воды. Осадок отфильтровывали и перекристаллизовы-вали из этилового спирта.
В ИК-спектрах сложных эфиров 5-оксо-З-пирролидинкарбоновых кислот имеются характерные полосы поглощения третичной амидной группы в области 1660 см"1 и сложноэфирной группы в области 1210 см"1 и 1750 см'1.
Общая методика получения амидов (7) взаимодействием хлор ангидридов (5) с аминами. К раствору 0,013 моль амина в 30 мл N,14-диметилформамида добавляли 2,4 мл триэтиламина и 0,013 моль хлорангидрида (5), Через 0,5 ч смесь нагревали до 40°С и выдерживали при этой температуре 1 ч. Через 16 часов реакционную смесь выливали в 100 мл воды. Осадок отфильтровывали и перекристалл изо вывали из этилового спирта,
Общая методика получения амидов (7) через имидазольные производные (4). 0,00292 моль кислоты (3) растворяли в безводном 1,4-джжсане. Добавляли эквимолекулярное количество Н,М-карбонилдиимидазола. Реакционную смесь нагревали до 70 °С. Через 0,5 ч добавляли 0,00307 амина и выдерживали при температуре кипения 2 ч. Выливали в 50 мл воды. Осадок отфильтровывали и перекристаллизовывали из этилового спирта.
Кафедра органической химии
В ЙК-спектрах амидов (7) имеются характерные полосы поглощения третичной амидной группы в области 1660 см"1 и вторичной амидной группы в области 1670 см"1 (С=0) и 3430 см"1 (N-H).
Спектры 'Н ЯМР 5% растворов соединений в смеси ДМСОч/6./СС14:=2/ 1 с внутренним стандартом ТМС были записаны на приборе "Bruker - DRX 400". Общим для спектров всех синтезированных соединений являются мультиплеты, соответствующие 5 протонам оксопирролидинового фрагмента, находящиеся в области 2,6-2,9 м.д, (2Н), 3,5-3,7 м.д. (1Н), 3,8-4,2 м.д. (2Н). Протоны ароматических фрагментов дают ожидаемый набор сигналов в области 6,7-8,2 м.д,
ИК спектры записывались на приборе ИК-Фурье "Spectrum RX1" на пластинах КВг в вазелиновом масле.
ЛИТЕРАТУРА
1. Mulzer J., Zuhse R,, Schmiechen R. Angewandte Chemie. 1992. Vol. 31. N7. P. 870.
2. Пат. 4296120 США.
3. Пат. 4554355 США.
4. Бересневичюс З.И., Вилюнас В. ХГС. 2000. № 7. С.932-935.
5. Мицкявнчюе В., Патупанте А. ХГС. 2000. № 7. С. 951-954.
6. Пат. ЕР0995744.
УДК 661.742.24; 66.095.134 М.А, Суровцев, B.C. Михлин, В,Э. Лазарянц, О.П. Яблонский
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЛИЩ1ДИЛМЕТАКРИЛАТА со СПИРТАМИ
(Ярославский государственный технический университет, ОАО Научно-исследовательский институт «Ярсинтез»)
E-mail: Yarsintez@mail.ru
Взаимодействие глицидилметакрилата со спиртами в присутствии оснований проходит в направлении переэтерификации без превращения эпоксидного цикла. Гидроксилсо-держащие производные глицидилметакрилата, образующиеся при раскрытии эпоксидного кольца другими реагентами, также подвергаются внутри- и м ежм о л екул яр по it переэтерификации, в которую включается и исходный глицидилметакрилата
Изучение взаимодействия глицидилметакрилата (ГМА) с многоатомными спиртами и другими реагентами выполнялось нами в ходе разработки технических процессов синтезов гидрофильных мономеров, в том числе сшивающих, для использова-
ния при получении биосовместимых сорбентов [1-3]. В этих работах было определено, что мономерный ГМА очень активно вступает в реакцию альтернативную раскрытию эпоксидного цикла, а именно, переэтерифицируется спиртами с освобождением
