CC BY
138
УДК 547.828.2
Р. С. Бегунов (к.х.н., доц.), А. А. Соколов (асп., вед. инж.), Т. В. Шебунина (студ.), С. А. Калина (студ.), А. Н. Валяева (м.н.с.)
S < I » I »
Синтез четвертичных солеи пиридиния при взаимодеиствии пиридина с 1,3-дихлор-4,6-динитробензолом
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова, кафедра органической и биологической химии 150000, г. Ярославль, ул. Советская, 14; тел. (4852) 442928
R. S. Begunov, A. A. Sokolov, T. V. Shebunina, S. A. Kalina, A. N. Valyaeva
Synthesis of the quaternary pyridinium salts by reaction of pyridine with 1,3-dichloro-4,6-dinitrobenzene
Yaroslavl Demidov State University 14, Sovetskaya Str, 150000, Russia, Yaroslavl; ph. +7(4852) 442928
Исследована кватернизация пиридина при его взаимодействии с электрофильным 1,3-дихлор-4,6—динитробензолом. Установлено, что структура образующейся соли зависит от условий реакции, к которым относится температура процесса и концентрация реагентов. Были получены четвертичные соли, содержащие один или два пиридиновых фрагмента, а также продукт гидролиза — гидроксид 1-(5-гидрокси-2,4-ди-нитрофенил)пиридиния.
Ключевые слова: гидролиз; 1,3-дихлор-4,6-динитробензол; кватернизация; пиридин; соли Ы-(оржо-нитрофенил) пиридиния.
Ы-замещенные соли пиридиния представляют большой интерес, с одной стороны, благодаря наличию у них биологической активности 1-3 и возможности использования в качестве ионных жидкостей 4-5, с другой — из-за их чрезвычайно высокой реакционной способности в реакциях ароматического нуклеофиль-ного присоединения и замещения 6-8.
Одним из основных способов получения подобных структур является взаимодействие пиридина с различными электрофильными субстратами, такими как алкил- или арилгалогениды 9.
Подобный метод получения Ы-замещен-ных пиридиниевых солей не является единственным. Например, реакция первичных аминов с крайне электрофильным Ы-(2,4-динитро-фенил)пиридинием приводит к образованию 2,4-динитроанилина и Ы-алкилированным пи-ридиниевым солям. Данная реакция 10 известна как реакция Цинке.
Однако в литературе было найдено очень мало ссылок об образовании Ы-арилзамещен-ных биспиридиниевых солей, в структуре которых оба пиридиновых фрагмента связаны с
Дата поступления 16.08.13
An approach to the before experimental estimation of pesticide properties of organic compounds on the basis of application software systems SARD-21 and a complex-perceptron is offered. The possibility of clustering and forecasting based on the fungicidal properties of complex neural networks is researched. The results show the advantage of combined application of two methods that can produce the best recommendations for the synthesis of new fungicidal compounds.
Key words: activity; information; neural networks; the theory of pattern recognition; chemical fungicides.
одним и тем же фенильным, причем эти примеры были получены очень давно 11,12. Поэтому нами была осуществлена попытка отработать способ синтеза подобных субстратов, которые в дальнейшем планируется использовать для формирования новых гетероциклических систем в условиях реакции восстановительной циклизации. Метод внутримолекулярного восстановительного аминирования позволяет в мягких условиях и с высоким выходом получать различные конденсированные производные имидазола, содержащие узловой атом азота 13-14.
В качестве исходных реагентов использовались незамещенный пиридин (1) и высоко реакционноспособный в условиях реакции SNAr 1,3-дихлор-4,6-динитробензол (2) (схема 1).
Проведение реакции при температуре 20 оС в течение 2 ч, в соотношении 1 : 2 = 9 : 1 привело к образованию смеси продуктов серо-розового цвета. Разделение соединений 3 и 4 проводили в изопропиловом спирте, в котором продукт 4 не растворялся. Полученные вещества были идентифицированы с помощью ЯМР 1Н-спектроскопии и масс-спектрометрии как хлорид 1-(5-хлор-2,4-динитрофенил)пири-
Cl
+
O
Cl
+-.O
Cl
+
+O
3 3 39%
6''
И" 5''
4
56%
+O
Схема 1
диния (3) и дихлорид 1,1'-(4,6-динитро-1,3-фенилен)бис(пиридиния) (4).
В 1Н ЯМР-спектре соединения 3 наблюдались два сигнала от протонов фенильного фрагмента, которые выходили в виде сингле-тов при 8.85 и 9.32 м.д., смещенных в область слабого поля, что вызвано присутствием элек-тронакцепторного пиридинового фрагмента. Протоны пиридинового кольца выходят в виде трех сигналов, при этом Н2 и Н6 выходят в самом слабом поле в виде дублета (/ = 9.0 Гц), что объясняется влиянием эндоциклического азота, несущего полный формальный положительный заряд.
В случае биспиридиниевой соли (4) количество и мультиплетность сигналов протонов идентичны соединению (3), однако, при этом сигналы ароматических протонов смещены в еще более слабопольную область спектра, а ге-тероароматические протоны имеют удвоенную интенсивность.
В дальнейшем, для синтеза соединений 3 и 4 в индивидуальном виде осуществлено варьирование условий процесса: концентрации реагентов и температуры.
Был поставлен эксперимент при комнатной температуре, с уменьшением концентрации путем разбавления раствора реагентов 1 и 2 ацетоном, которые брались в соотношении 4 : 1. В итоге был выделен продукт монозамещения — хлорид 1-(5-хлор-2,4-динитрофенил)пи-ридиния, содержащий лишь незначительное количество биспиридиниевой соли.
Для получения соединения 4 была проведена реакция 1,3-дихлоро-4,6-динитробензола с пиридином при нагревании до 60 оС, в ходе которой образовался продукт желтого цвета, нерастворимый в спирте. Для определения структуры были использованы 1Н ЯМР-спектроско-пия и масс-спектрометрия высокого разрешения.
В ЯМР-спектре вещества (5) можно отметить, что химический сдвиг Н6 бензольного кольца сместился в сильное поле, что говорит о появлении электрондонорного заместителя. В то же время, интегральная интенсивность гетероароматических протонов свиде-
тельствует о наличии в структуре только одного пиридинового фрагмента. По данным ESI-TOF масс-спектрометрии, молекулярный ион соединения (5) имеет m/z = 262.0474. В результате, на основании анализа спектральных характеристик было сделано заключение, что продукт реакции (5) является гидроксидом 1-(5-гидрокси-2,4-динитрофенил)пиридиния, который образуется, по-видимому, путем гидролиза биспиридиниевой соли (схема 2).
В дальнейшем, во избежание образования побочных продуктов, реакцию проводили без нагревания, при соотношении реагентов 1 : 2 = =9 : 1, увеличивая время процесса. В итоге, при перемешивании в течение 8 ч, была получена целевая биспиридиниевая соль, содержащая небольшую примесь соединения 3, от которого избавлялись путем кипячения в спирте.
Таким образом, варьируя условия ароматического нуклеофильного замещения при взаимодействии 1,3-дихлор-4,6-динитробензола с пиридином, возможно образование трех различных пиридиниевых солей (3—5), что существенно расширяет синтетический потенциал данной реакции.
Экспериментальная часть
1Н ЯМР спектры записаны на спектрометре Bruker DRX-500 SF (500 MHz) в растворе ДМСО-d6-CCl4, внутренний стандарт — ТМС. Масс-спектры зарегистрированы на приборе Bruker micrOTOF II, при энергии ионизации 70 эВ.
Хлорид 1-(5-хлор-2,4-динитрофенил) пи-ридиния (3). 3г (12.7 ммоль) 1,3-дихлоро-4,6-динитробензола растворяли в 4.1 мл (51 ммоль) пиридина в колбе и перемешивали при комнатной температуре в течение 2 ч. Выпавший осадок розового цвета отфильтровывали под вакуумом, промывали ацетоном и сушили. Выделяли в чистом виде путем растворения и осаждения из изопропилового спирта. Выход 64%.; Т. пл. 162-164 оС; 1Н-ЯМР (ДМСО-д6, 8 м д.): 8.44 (т, 2Н, Н3', Н5', J = 8.5 Гц'), 8.85 (с, 1Н, H6), 8.96 (т, 1Н, H4', J = 8.5 Гц '), 9.32 (с, 1Н, Н3), 9.46 (д, 2Н, Н2', Н6', J = 9.0 Гц). HRMS: 280.0139, рассчитано для CnH7ClN3O4: 280.0120.
1
2
O
+ 2H2O
-N^ O ^O 4
Схема 2
Дихлорид 1,1'-(4,6-динитро-1,3-фенилен)-бис(пиридиния) (4). 2г (8.4 ммоль) 1,3-дихло-ро-4,6-динитробензола растворяли в 6.1 мл (76 ммоль) пиридина в колбе и перемешивали при комнатной температуре в течение 8 ч. Выпавший осадок чистили путем промывания горячим изопропиловым спиртом. Выход 89%.; Т.пл. >300 оС; 1Н-ЯМР (ДМСО-д6, 8 м.д.): 8.52 (т, 4Н, Н3', Н5', Н3", Н5", J = 8.5 Гц), 9.02 (т, 2Н, И4', Н4" J = 8.5 Гц), 9.24 (с, 1Н, И6), 9.44 (с, 1Н, Н3), 9.66 (д, 4Н, Н2', Н6', Н2", Н6", J = 9.0 Гц). HRMS: 324.0860, рассчитано для C16H12N4O4: 324.0848.
Литература
Curr Pharm Des.—
1
2.
Kratky M., Vinsova J. 2013.- V. 19, №7.- P.1343.
T, Ribosa I., Perez L., Manresa A., F. // Langmuir.- 2013.- №29.-
4.
6.
7.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
OH
. + .O N I _ O
+ 2HCI+ Py
Garcia M. Comelles P.2536.
Houssen W. E., Lu Z., Edrada- Ebel R., Chatzi C., Tucker S. J., Sepcic K., Turk T., Zovko A., Shen S., Mancini I., Scott R. H., Jaspars M. // J. Chem Biol.- 2010.- V. 3, №3.- P.113. Welton T. // Chem. Rev.- 1999.- №99.-P.2071.
Aupoix A., Pegot B., Vo-Thanh G. // Tetrahedron.- 2010.- №66.- P.1352. Loh T. P., Lye P. L., Wang R. B., Sim K. Y. // Tetrahedron Lett.- 2000.- №41.- P.7779. Poddubnyi I. S. // Chemistry of Heterocyclic Compounds.- 1995.- V.31, №6.- P.682. Kuethe J. T., Comins D. L. // J. Org. Chem.-2004.- №69.- P.2863.
Джоуль Дж, Миллс К. Химия гетероциклических соединений.- М.: Мир, 2012.- 728 с. Zincke Th. // Justus Liebigs Ann. Chem.-1903.- №330.- P.361.
Reitzenstein F.; Rothschild J. // J.pr.Chem. (Leipzig).-1906.- V.2, №73.- P.257. Zincke Th.; Weispfenning G. // J.pr.Chem. (Leipzig).- 1910.- V.2, №82.- P.1. Begunov R. S. Ryzvanovich G. A., Nozdrache-va O. I. // Mendeleev Communications.-2006.- V.16, №2.- P.119.
Бегунов Р. С, Соколов А. А., Шебунина Т. В. // Ж0рХ.-2013.- №5.- C.789.
Гидроксид 1-(5-гидрокси-2,4-динитрофе-нил)пиридиния (5). 2г (8.4 ммоль) 1,3-дихло-ро-4,6-динитробензола растворяли в 6.1 мл (76 ммоль) пиридина в колбе, затем нагревали до 60 оС при перемешивании в течение 2 ч. Выпавший осадок желтого цвета отфильтровывали под вакуумом, промывали ацетоном и сушили. Выход 54%.; Т. пл. > 300 оС; 1Н-ЯМР (ДМСО-д6, 8 м.д.): 6.7 (с, 1Н, Н6), 8.28 (т, 2Н, Н3', Н5', J = 8.5 Гц), 8.77 (м, 2Н, И4', H3, J = 8.5 Гц), 9.26 (д, 2Н, Н2', Н6', J = 9.0 Гц); HRMS: 262.0474, рассчитано для C11H8N3O5: 262.0464.
References
1. Kratky M., Vinsova J. Curr Pharm Des.-2013.-V. 19, no. 7.- P.1343.
2. Garcia M. T, Ribosa I., Perez L., Manresa A., Comelles F. Langmuir.— 2013.- no. 29.-P.2536.
3. Houssen W. E., Lu Z., Edrada- Ebel R., Chatzi C., Tucker S. J., Sepm: K., Turk T., Zovko A., Shen S., Mancini I., Scott R. H., Jaspars M. J. Chem Biol.- 2010.- V. 3, no.3.— P.113. Welton T. Chem. Rev.- 1999.- 99.- P.2071. Aupoix A., Pegot B., Vo-Thanh G. Tetrahedron.- 2010.- no. 66.- P.1352.
Loh T. P., Lye P. L., Wang R. B., Sim K. Y. Tetrahedron Lett.- 2000.- no. 41.- P.7779.
Poddubnyi I. S. Chemistry of Heterocyclic Compounds.- 1995.- V.31, no.6.- P.682. Kuethe J. T., Comins D. L. J. Org. Chem.-2004.- no. 69.- P.2863.
Joule J., Mills K. Heterocyclic Chemistry.- M., 2012.- 728 p.
Zincke Th. Justus Liebigs Ann. Chem.- 1903.-no. 330.- P.361.
Reitzenstein F.; Rothschild J. J.pr.Chem. (Leipzig).- 1906.- V.2, no. 73.- P.257. Zincke Th.; Weispfenning G. J.pr.Chem. (Leipzig).- 1910.- V.2, no. 82.- P.1.
Begunov R. S. Ryzvanovich G. A., Nozdrache-va O. I. Mendeleev Communications.-2006.-V.16, Issue 2.- P.119.
Begunov R. S., Sokolov A. A., Shebunina T. V. Russian Journal of Organic Chemistry.-2013.-V.49, no.5.- P.773.
4.
5.
7.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 гг. (проект №14.В37.21.0823)
3
5
3
5
8
