CC BY
107
УДК 547-304.2:547-304.4:547-302
СИНТЕЗ АРОМАТИЧЕСКИХ ПОЛИИОДИДОВ ИЗ АНИЛИНОВ
М.Е. Трусова
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Предлагается удобный метод синтеза полииодароматических соединений, через последовательное электрофильное иодирование аминов и иодо-дезаминирование амино группы.
Полииодсодержащие ароматические соединения имеют важную практическую значимость, являясь предшественниками медицинских диагно-стикумов [1]. Интерес к данному классу органических субстратов объясняется их высокой реакционной способностью и возможностью к широкому спектру функционализаций [2]. Существующие на сегодняшний день методы получения поли-иодидов чрезвычайно ограничены. Для этих целей используют либо прямое введение иода под действием систем окислительного иодирования [3-5] (но этот метод пригоден только для активированных аренов), либо проводят иодирование через предварительное таллирование [6] или меркуриро-вание [7], что не отвечает современным требованиям экологической безопасности. В некоторых случаях используют комбинированный метод, включающий последовательное электрофильное иодирование гетерозамещенного арена и ипсо-за-мещение гетерозаместителя на иод. Этот прием, как правило, применяют для синтеза лишь конкретного полииодарена, и работы, связанные с получением широкого круга полииодсодержащих ароматических соединений указанным методом, нам не известны.
Нами предложен удобный и эффективный метод получения широкого ряда ди-, три- и тетраиод-содержащих аренов, основанный на последовательном электрофильном иодировании ароматических аминов и замены амино-группы через диазотирование на иод, согласно общей схеме 1:
N4, N142 !
№М02/К!/р-Тз0Н
-н* ------- II . тк ------^------ [| Т-к
MeCN
мены амино-группы на иод в ряду синтезированных моно- и дииоданилинов (1а-3а, 2б, 3б, 5а-8а), что, кроме того, позволило дополнительно исследовать препаративные возможности предложенного метода диазотирования-иодирования.
Ранее было показано, что электроноакцепторные и электронодорные функциональные группы, не находящиеся в орто-положении к аминогруппе исходного субстрата, сравнительно слабо влияют на продолжительность и результат иодо-дезамини-рования [12]. В ходе данных исследований мы показали, что орто-заместители, напротив, оказывают сильное влияние на ход процесса, при этом обнаруживаются как стерический, так и электронный эффекты заместителей.
Так, например, 2,4,6-трииоданилин (1а) под действием системы Ы/КаКоур-ТзОН превращается в соответствующий тетраиодбензол (9) в течение 2 ч с выходом 50 %, в то время как полная конверсия о-иоданилина (18) завершается за 1 ч с выходом 1,2-дииодбензола (18а) 78 %. С таким же выходом, но в течение 30 мин образуется 1,4-дииод-бензол (19а) из п-иоданилина (19) (схема 2).
Схема 1. Последовательное электрофильное иодирование и иодо-дезаминирование
Электрофильное иодирование аренов (1-8) проводилось известными реагентами [8—11]. Препаративные методики были оптимизированы нами для конкретных соединений, что в результате позволило получить как моно-, так и дииодпроизвод-ные аминов (1а-8а, 2б, 3б, 6б) с высокими препаративными выходами (табл. 1).
Недавно был разработан удобный одностадийный метод диазотирования-иодирования ароматических аминов под действием системы КаКО2/К1/р-ТзОН в ацетонитриле [12]. В данной работе мы использовали указанную систему для за-
Схема 2. Иодо-дезаминирование иодпроизводных анилина
По-видимому, стерические факторы имеют решающее значение: иододезаминирование 2,6-ди-иод-4-нитроанилина (2б) протекало с образованием соответствующего трииоднитробензола (11) с выходом 70 %, в то время как менее стерически затрудненный 4-иод-2-нитроанилин (3а) превращался практически количественно, несмотря на значительную разность электронного влияния иода и
Таблица 1. Электрофильное иодирование анилинов (1-8)
Субстрат(С) Реагент(Р)/Раствори-тель (соотношение С:Р) Температура реакции,°С Время реакции, ч Продукт, % Тпл, °С (растворитель)
и2м—$ \ 1 \=/ (1) ICl/HClaq [8] 20 3 Н2^—^3^' (1а), 80 185...186 (С6Н6) (185...187 [13])
Н2М ^ ^ М°2 (2) Ме4МС!2/АсОН (1:1) 20 1 Н^—^ —N02 (2а), 72 112...114 (С6Н6) (114...116 [14])
МБ/ЕЮН [13] (1:2.1) 20 1 Н2^—N02 (2б), 95 244...246 (С6Н6) (245 [15])
^^—NN2 2 (3) Ю/АсОИа/АсОН [10] (1:1) 90 1,5 ' ^ МН2 (3а), 86 ыо2 99...101 (С6Н6) (102...104 [16])
МБ/ЕЮН (1:2.1) [13] 20 1 ' ^ ^—^^Н2 (3б), 90 N02 150...152 (С6Н6) (152) [14]
С1 ^ \ NH2 ( (4) N02 М1Б/Н2БО4/ЕЮН(1:2) [13] 20 1 С^ ^—МН2 (4а), 94 ыо2 136 (ЕЮН)
МеОС—^—NN2 (5) М1Б/Н2БО4/ЕЮН (1:2.1) [13] 20 0,6 Ме0С—С —МН2 (5а), 80 154...155 (Н2О)
О NN2 (6) 12/Н1О3/Н2БО4(1:1) [11] 80 2,5 0 ,8 а) 6 ° \ / ° \У 225...226' (226...227 [11])
12/Н1О3/Н2БО4 (1:2) [11] 80 2,5 0 NN2 ОС^Г (6б), 80 0 ' 230' (232...232.5 [11])
о (7) о 12/Н1О3/Н2БО4 (1:2) [11] 80 2,5 0 ' (7а),70 0 246' (247...248 [11])
NN2 <0^р (8) М15/Н2БО4/Е1ОН (1:1) [13] 20 0,6 1 NH2 ^ \^ (8а), 86 59 (ЕЮН)
'Выделялся колоночной хроматографией (элюент - пентан:СН2й2 1:5)
Таблица 2. Иодо-дезаминирования ароматических аминов (1а, 2а, 2б, 3а, 3б, 5а, 6а, 7а, 8а) под действием системы
NaNO2/KI/p-TsOH в МеСЫ (20 °С, соотношение субсrрат:NaNO2:KI:p-TsOH 1:2:2.5:3)
Субстрат Время реакции, мин Продукт, % Тепература плавления,°С
Н2М-^>—I (1а) 120 (9>, 5» 1 162...164 (162...165 [17])
НгЫ——N02 (2а) 60 ^ ГО), 73 110 (109...111 [18])
Н2М—^^-МО2 (2б) 60 0 7 164 (159...162 [17])
N02 (3а) 90 I (У" (12), 90 У I 107...108 (109...110 [16])
1 ^ ^ МН2 (3б) М02 90 г О го 3) 6 О 119...122 (124 [18])
Ме0^^^“МН2 (5а) 120 0 6 168...170
О МН2 О 60 О I (15), 48 О 235...236 (236 [11])
О I ^АЛ^МН2 !чД]!чвДЧч (7а) О 120 8 6 16) 222 (222...223 [11])
I МН2 (у)-р (8а) 60 ^ —р (17), 68 59...61
Н^^^ (18) I 60 I (18а), 73 Масло
I ^—МН2 (19) 30 I—^ 1 (19а), 78 130...131 (130...131) [12]
нитрогруппы на ароматическое кольцо (схема 3, табл. 2). Тем не менее, во всех случаях диазотирование-иодирование протекает за короткое время, с высоким выходом продуктов замещения и в слабокислотной среде (ацетонитрил, стехиометрические количества р-ТзОН), что является редким случаем для диазотироавния малоосновных аминов.
Подводя итог, можно констатировать, что в результате последовательного электрофильного иодирования и диазотирования-иодирования был получен широкий ряд полииодаренов преимущественно с акцепторными заместителями в кольце. Данные соединения являются потенциальными медицинскими диагностикумами и представляют значительный интерес для препаративного органического синтеза в качестве высоко реакционноспособных строительных блоков. Арилиодиды (3б, 5а, 8а, 14 и 17) были синтезированы впервые, их строение однозначно доказано методом ЯМР-спектро-скопии.
Спектры ЯМР 'Н, 13С записывали на спектрометре Bruker AC-300 (300 МГц), внутренний стандарт - ТМС, растворитель указан в тексте. Температура плавления определялась на приборе Boetius. Контроль за ходом реакции и чистотой полученных продуктов вели методом тонкослойной хроматографии на пластинках Sorbfil ПТсХ-П-А-УФ и Silu-fol UV-254. Детектирование пятен проводили УФ-светом. Препаративное разделение продуктов осуществляли с помощью флеш-хроматографии на колонках 15x1 см, сорбент Silicagel L (40/100ш^), элюент указан в тексте.
Идентификацию полученных соединений проводили сопоставлением аналитических и физикохимических характеристик с аутентичными образцами, синтезированными известными методами. Пробы смешения полученных соединений с известными образцами депрессии температуры плавления не дают.
Соединения (18, 19) являются товарными продуктами и использовались нами без дополнительной очистки.
Иодирование и-нитроанилина (2) под действием Ме4№1С1-. К раствору 1,38 г (10 ммоль) и-нитроа-нилина (2), в 5 мл ледяной уксусной кислоты прибавляют 2,71 г (10 ммоль) Ме4№1С1- и выдерживают 30 мин на кипящей водяной бане, охлаждают, выпавший осадок технического продукта (2а) отфильтровывают, сушат на воздухе, перекристаллизацию проводят из уксусной кислоты, получают 1,91 г 2-иод-4-нитроанилина (2а) (75...80 %).
Иодирование анилинов (1, 3-8) проводилось по известным методикам, указанным в тексте. Для соединений (4б, 5а, 8а), полученных впервые, спектральные данные приведены ниже.
6-Иод-2-нитро-4-хлоранилин (4б): 'Н ЯМР
(300 МГц, СБС13): 5=6,8 (с, 2Н Ш2), 7,9 (д, 1=2,4 Гц, 1Н), 8,2 (д, 1=2,4 Гц, 1Н). 13С ЯМР (75 МГц, СБС13): 5=88; 122; 126; 131; 142. 145.
3.5-Дииод-4-аминоацетофенон (5а): !Н ЯМР (300 МГц, СБС13): 5=2,5 (с, 3Н СН3); 5,1 (с, 2Н, Ш2); 8,2 (с, 2Н). 13С ЯМР (75 МГц, СБС13): 5=26; 80; 130; 140; 150; 193.
2,4-Дииод-6-фторанилин (8а). !Н ЯМР (300 МГц, СБС13): 5=4,2 (с, 2Н, Ш2); 7,25...7,29 (м, 1Н); 7,7 (с, 1Н). 13С ЯМР (75 МГц, СБС13): 5=84; 123,8; 124; 136; 141; 148; 151.
Общая методика получения иодаренов (9-19) из соответствующих аминов под действием №ТО2/К1/р-ТЮН в МеШ. К раствору р-ТзОНН2О (1,72 г, 9 ммоль) в 12 мл ацетонитрила добавляют 3 ммоль ароматического амина. К образовавшейся суспензии соли амина при 10...15 °С медленно добавляют раствор №КО2 (0,4 г, 6 ммоль) и К1 (1,2 г, 7,5 ммоль) в 1,8 мл воды и перемешивают 10 мин, далее реакцию продолжают при 20 °С (суммарное время указано в табл. 2). Реакционную массу выливают в 40 мл воды, добавляют №2СО3 (1М; рН=9... 10) и №ДО3 (2 М, 6 мл). Осадок ароматического иодида отфильтровывают (или экстрагируют эфиром). Очистку технических продуктов проводят с помощью колоночной хроматографии (элюент пентан:эфир -1:3 или пентан:СН2С12 - 1:5) или перекристаллизацией (растворитель указан в табл. 2). Для 1,2-дииодбен-зола (19а) и для соединений, полученных впервые (4б, 5а, 8а), спектральные данные приведены ниже.
1,2-Дииодбензол (19а) кристаллизующееся масло: ‘Н ЯМР (300 МГц, СБС13): 5=7,0 (м, 1=1,5, 8,0, 7,2 Гц, 2Н), 7,8 (м, 1=0,3, 8,0, 1,5, 2Н). 13С ЯМР (75 МГц, СБС13): 5=107,9, 128,8, 138,9.
3.4.5-Трииодацетофенон (14): !Н ЯМР (300 МГц, СБС13): 5=8,3 (с, 2Н); 2,53 (с, 3Н, СН3). 13С ЯМР (300 МГц, СБС13): 5=27; 108; 139; 140; 195.
2.3.5-Дииодфторбензол (17): !Н ЯМР (300 МГц, СБС13): 5=7,23...7,28 (м, 1Н); 7,4...7,54 (м, 2Н). 13С ЯМР (75 МГц, СБС13): 5=80,86; 81,2; 93; 125; 134; 141; 160; 163.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dewanjee M.K. Radioiodination: Theory, Practice and Biomedical Applications. - Boston: Kluwer Academic Publishers, 1992. - 118 p.
2. Knochel P., Dohle W., Gommermann N., Kneisel F.F. Synthese hoch funktionalisierter organomagnesiumreagentien durch Halo-gen-Metall-Austausch // Angew. Chem. - 2003. - № 115. -S. 4438-4456.
3. Zauhar J., Bandrauk A.D., Truong K.D., Michel A. Synthesis of di-cyanomethyl and nitro substituted p-polyphenyls and their salts // Synthesis. - 1995. - № 6. - P. 703-706.
4. D’Auria M., de Luca E., Mauriello G., Racioppi R., Sleiter G. Photochemical substitution of halogenopyrrole derivatives // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. - 1997. - № 16. - P. 2369-2374.
5. Benhida R., Blanchard P., Fourrey J.-L. A mild and effective iodina-tion method using iodine in the presence of bis-(trifluoroacetoxy)io-dobenzene // Tetrahedron Lett. - 1998. - V. 39. - № 38. -P. 6849-6852.
6. Ishikava N., Sekiya A. The iodination of benzene with Iodine in the thallium (III) trifluoroacetate-trifluoroacetic acid system // Bull. Chem. Soc. Japan. - 1974. - V. 47. - № 7. - P. 1680-1682.
7. Вейганд К., Хильгетагт Г. Методы эксперимента в органической химии / Под ред. Н.Н. Суворова. - М.: Химия, 1968. - 944 с.
8. Вацадзе С.З., Титанюк И.Д., Черников А.В., Зык Н.В. Синтез дииод- и трииоданилинов иодированием анилина дихлориода-том калия и получение 1,3,5-трииодбензола // Известия АН. Сер. Хим. - 2004. - № 2. - С. 450-452.
9. Чайковский В.К., Скороходов В.И., Филимонов В.Д. Синтез и использование N-иодсукцинимида в H2SO4 как эффективного реагента для иодирования дезактивированных ароматических соединений // Журнал органической химии. - 2001. - Т. 37. -№ 10. - С. 1572-1573.
10. Brenan M.P. Composes iodes obtenus avec la metanitraniline // C. r. Acad. Sci. - 1903. - V. 138. - P. 1503-1505.
11. Мороз А.А., Белобородова И.А. Иодирование аминоантрахи-нонов // Журнал органической химии. - 1981. - Т. 17. - № 12.
- С. 2612-2615.
12. Krasnokutskaya E.A., Semenischeva N.I., Filimonov V.D., Knochel P. A new, one-step, effective protocol for iodation of aromatic and heterocyclic compounds via aprotic diazotization of ami-noarenes // Synthesis. - 2007. - № 1. - P. 81-84.
13. Чайковский В.К., Филимонов В.Д., Скороходов В.И. Иодирование ароматических соединений N-иодсукцинимидом в органических растворителях в присутствии H2SO4 // Известия вузов. Сер. Хим. и хим. технол. - 2002. - Т. 45. - № 3. - С. 48-51.
14. Чайковский В.К. Эффективные методы иодирования ароматических соединений и суперэлектрофильные иодирующие системы. Использование иодаренов в органическом синтезе: Дис. ... докт. хим. наук. - Томск, 2002. - 315 с.
15. Niemann C., Redemann C.E. The synthesis of dl-3,5-diiodo-4-(2',4'-diiodo-3'-hydroxy phenoxy)-phenylalanine, a physiologically inactive isomer ofthyroxine // J. Amer. Chem. Soc. - 1941. - V. 63.
- № 6. - P. 1549-1552.
16. Maya F, Tour J.M. Synthesis ofterphenyl oligomers as molecular electronic device candidates // Tetrahedron. - 2004. - V. 60. - № 1. - P. 81-92.
17. Mattern D.L., Chen X. Direct polyiodination of benzenesulfonic acid // J. Org. Chem. - 1991. - V. 56. - № 20. - P. 5903-5907.
18. Чайковский В.К., Харлова Т.С., Филимонов В.Д. Иодирование ароматических нитросоединений суперактивным реагентом на основе хлорида иода // Известия АН. Сер. Хим. - 1999. - № 7.
- C. 1303-1306.
Поступила 18.02.2008 г.
УДК 547.979.733:665.652.86
КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ИЗОПРОПИЛБЕНЗОЛА МОЛЕКУЛЯРНЫМ КИСЛОРОДОМ В ПРИСУТСТВИИ ТЕТРАФЕНИЛПОРФИНОВ МЕТАЛЛОВ
Н.С. Коботаева, Т.С. Скороходова, Е.В. Микубаева, Е.Е. Сироткина
Институт химии нефти СО РАН, г. Томск E-mail: [email protected]
Исследовано каталитическое окисление изопропилбензола молекулярным кислородом в присутствии тетрафенилпорфинов Co, Cu, Zn, In, Sn, Al. Показано, что тетрафенилпорфины Co, Cu и Zn являются очень активными катализаторами, т. к. наряду с активацией кислорода катализируют распад гидроперекиси изопропилбензола. Тетрафенилпорфины In, Sn, Al менее активны в изученной реакции, поскольку они не катализируют распад гидроперекиси. Найдено, что каталитическая активность тетрафенилпорфинов металлов изменяется антибатно их потенциалам электрохимического окисления, за исключением тетрафенилпорфина Cu.
Решение проблемы селективного окисления углеводородов различного строения в целевые продукты с использованием в качестве окислителя молекулярного кислорода является приоритетным направлением катализа и предполагает использование металлокомплексных катализаторов [1, 2]. Высокоэффективными катализаторами многих химических реакций, в том числе и каталитического окисления углеводородов молекулярным кислородом, являются металлопорфирины и металлофта-лоцианины [3, 4]. Каталитическая активность ме-таллопорфириновых и металлофталоцианиновых соединений обусловлена их строением: в плоской,
циклической, с развитой системой ж-сопряжения молекуле пятое и шестое координационные места иона центрального металла доступны для координирования молекул реагентов каталитической реакции, а развитая система ж-сопряжения облегчает перераспределение электронной плотности внутри реакционного комплекса, что снижает активационный барьер реакции [5].
До настоящего времени систематические исследования реакции каталитического окисления молекулярным кислородом алкилароматических углеводородов и олефинов проводили, в основном, на фталоцианиновых соединениях различного
