CC BY
26
УДК 547.571
М. Б. Газизов, С. Ю. Иванова, Ш. Н. Ибрагимов,
К. С. Газизова, Л. Р. Багаува, Р. Ф. Каримова, О. Д. Хайруллина
СИНТЕЗ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЗАМЕЩЕННЫХ АРОМАТИЧЕСКИХ АЛЬДЕГИДОВ
Ключевые слова: ароматический альдегид, диметиловый ацеталь бензальдегида, катализатор, новый метод синтеза.
Разработан новый метод получения функционально-замещенных ароматических альдегидов каталитическим дебромометоксилированием дибромометиларенов с помощью диметилового ацеталя бензальдегида. В качестве катализатора использовался безводный хлорид цинка. Исходный диметиловый ацеталь легко регенири-ровался обработкой триметилортоформиатом бензальдегида, выделенного из реакции.
Keywords: aromatic aldehyde, benzaldehyde dimethyl acetal, catalyst, preparation method.
New method for preparation of functionally substituted aromatic aldehydes was developed by catalytic debromome-thoxylation of dibromomethylarenes using bezaldehyde dimethyl acetal. Anhydrous zinc chloride was used as a catalyst. Initial dimethyl acetal was easily regenerated by treating benzaldehyde recovered with trimethyl orthoformate.
Введение
Ранее нами впервые была описана реакция метиловых эфиров кислот Р(1У) с дигалогенометиларе-нами, которая завершается с образованием ароматических альдегидов и пироструктурных соединений Р(1У) [1, 2]. Основными недостатками метода являются: высокая температура (160-180 °С) и дороговизна эфиров кислот Р(1У). В последнее десятилетие были предложены два перспективных метода синтеза ароматических моноальдегидов из дигалогеноме-тиларенов: нагреванием смеси последних с большим избытком диметилсульфоксида [3] или пиридина [4] при 70-120 °С в течение 1-18 ч с последующей обработкой реакционной массы водой. Однако довольно трудоемким является выделение альдегидов в индивидуальном виде.
Нами впервые предлагается синтезировать функционально-замещенные ароматические альдегиды (4) каталитическим дебромометоксилировани-ем дибромометиларенов (1) с помощью диметило-вого ацеталя бензальдегида (2). Хлорид цинка (3) использовался в качестве катализатора, который, будучи мягкой кислотой Льюиса, не образовывал прочный комплекс с альдегидной группой.
CHBr2
0.1 mol % ZnCl2, 3
й— X + PhCH(OMe)2 -*■
CHO
-2MeBr
-X + PhCHO
1 2 4 5
1, 4: Х= 4-СНО (а), 4-СН(ОМе)2 (б), 4-СООМе (в), 3-ОСОМе (г).
Отдельным опытом было показано, что без катализатора реакция между соединениями (1) и (2) протекает лишь при 220 °С. При использовании 0.1 мольного % ZnCl2 реакция завершается за 2 часа при 50 °С и 1 час при 80 °С. Она проводилась без растворителя и в изооктане. Такие важные функциональные группы, как метоксикарбонильная и карбонильная не затрагиваются в ходе реакции. Ацетальные группы в дибромиде (1б) и в 4-(диметоксиметил)бензолкарбальдегиде (4б), образующемся при взаимодействии соединений (1б) и (2), участвуют в дебромометоксилировании и ос-
новным продуктом этой реакции является терефта-левый альдегид (4а), а вещество (4б) обнаруживается лишь методами ЯМР :Н и хроматографии. Более того, так как в соединении (1б) одновременно содержатся, как дибромометильная, так и ацетальная группы, мы ожидали их межмолекулярного взаимодействия. Действительно, мы впервые установили, что при внесении в вещество (1б) каталитических количеств ZnCl2 происходило образование терефта-левого альдегида (4а) с выходом 96 %.
ZnCl2
2 4-Вг2СНС6Н4СН(ОМе)2-
50°С
1б
4 -OCHC6H4CHO + 4MeBr
4а
В общем случае при взаимодействии тет-рабромида (1д) с диметиловым ацеталем бензальде-гида (2), в зависимости от соотношения реагентов, могли образоваться три альдегида: моноальдегид (1а), диальдегид (4а) и бензальдегид (5), а тетрабро-мид (1д) мог не полностью вступить в реакцию.
4-Br2CHC6H4CHO + 1а
0.1 mol % ZnCl2, 3
4-Br2CHC6H4CHBr2 + PhCH(OMe)2 -2-ъ-
1д 2
4-OCHC6H4CHO + PhCHO + 4-Br2CHC6H4CHBr2
4а 5 1д
При соотношении реагентов (1д) и (2) 1.0:2.1 в спектре ЯМР :Н реакционной смеси отсутствовал резонансный сигнал при 6.61 м. д., соответствующий протону дибромометильной группы. Терефта-левый альдегид (4а) был выделен с выходом 90%. С целью использования этой реакции для синтеза впервые полученного нами 4-
(дибромометил)бензолкарбальдегида (1а) [5] взаимодействие соединений (1д) и (2) проводилось при различных соотношениях. При соотношении 1.0:1.5, по данным ЯМР :Н, тетрабромид (1д) отсутствовал в реакционной смеси. Вещества (1а) и (4а) были выделены в индивидуальном виде с помощью колоночной хроматографии (элюент - бензол) с выходами 11 и 64%, соответственно. Таким образом, в условиях отсутствия в реакционной смеси тетрабро-мида (1д) основным продуктом реакции является терефталевый альдегид (4а), т.е. значительно затра-
гивается вторая дибромометильная группа в соединении (1д) и выход целевого продукта (1а) небольшой. Однако, при соотношении реагентов 1:1 17.7% исходного тетрабромида (1д) удается выделить без изменения. Тогда выхода полученных в индивидуальном виде методом колоночной хроматографии продуктов (1а), (4а) и (5), рассчитанные на вступивший в реакцию тетрабромид (1д), составляют 22.7, 53.8 и 48.4%, соответственно. Таким образом, при этом соотношении исходных реагентов выход целевого продукта (1а) удается увеличить в два раза.
Исходный ацеталь (2) легко регенирируется обработкой триметилортоформиатом бензальдегида, выделенного из реакционной массы.
Таким образом, нами впервые разработан метод синтеза функционально-замещенных ароматических альдегидов каталитическим дебромометоксилиро-ванием дибромометиларенов с помощью диметило-вого ацеталя бензальдегида.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР снимали на приборах Tesla BS-567A и AVANCE 400WB с рабочей частотой 100 и 400.13 МГц в CDCl3. Химические сдвиги указаны относительно ТМС, используя сигналы остаточных протонов дейтерированного растворителя.
Взаимодействие 1,4-бис(дибромометил)бензола (1д) с диметиловым ацеталем бензальдегида (2).
Соотношение 1.0:2.1: а) без растворителя. Смесь 3 г (7 ммоль) тетрабромида (1д) и 2.28 г (15 ммоль) ацеталя (2) и 0.1 г (0.7 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 50 °C в течение 2 часов. Экстрагированием изооктаном выделяли 0.8 г (84%) соединения (4а) в виде бесцветных кристаллов, т. пл. 115116 °С, (т. пл. 115-116°С [6]), а из маточного раствора получали 0.41 г (55%) бензальдегида (5).
б) с растворителем при 50 °C. Смесь 3 г (7 ммоль) тетрабромида (1д) и 2.28 г (15 ммоль) ацета-ля (2) и 0.1 г (0.7 ммоль) хлорида цинка (3) в 5 мл изооктана нагревали при 50 °C в течение 2.5 часов. Изооктановый раствор сливали и дополнительно экстрагировали изооктаном (10 мл). Из объединенных изооктановых растворов выделяли 0.85 г (89%) соединения (4а). Из маточного раствора получали 0.43 г (57%) бензальдегида (5).
в) с растворителем при 80 °C. Смесь 3 г (7 ммоль) тетрабромида (1д) и 2.28 г (15 ммоль) ацета-ля (2) и 0.1 г (0.7 ммоль) хлорида цинка (3) в 5 мл изооктана нагревали при 80 °C в течение 1 часа. Аналогично вышеописанному из изооктановых растворов выделяли 0.86 г (90%) соединения (4а), а из маточного раствора 0.4 г (54%) бензальдегида (5).
Соотношение 1.0:1.5. Смесь 3 г (7 ммоль) тетрабромида (1д) и 1.67 г (11 ммоль) ацеталя (2) и 0.1 г (0.7 ммоль) хлорида цинка (3) в 5 мл изооктана нагревали при 80 °C в течение 1 часа. Из изооктано-вых растворов выделяли 0.5 г (53%) соединения (4а). С помощью колоночной хроматографии (элю-ент - бензол) выделяли 0.66 г (89%) бензальдегида (5), 0.22 г (11%) соединения (1а) и дополнительно 0.11 г (11%) соединения (4а).
Соотношение 1:1. Смесь 3 г (7 ммоль) тетрабромида (1д) и 1.07 г (7 ммоль) ацеталя (2) и 0.1 г (0.7 ммоль) хлорида цинка (3) в 10 мл бензола кипятили с обратным холодильником в течение 1 часа. С помощью колоночной хроматографии (элюент - бензол) выделяли 0.53 г (18%) исходного тетрабромида (1д) и 0.3 г (48%) бензальдегида (5), 0.37 г (23%) соединения (1а) и 0.78 г (54%) соединения (4а), выхода которых рассчитанны на вступивший в реакцию тетрабромид (1д).
Взаимодействие 4-
(дибромометил)бензолкарбальдегида (1а) с ацеталем (2)
Смесь 1 г (3.6 ммоль) соединения (1а) и 0.58 г (3.8 ммоль) ацеталя (2) и 0.049 г (0.36 ммоль) хлорида цинка (3) в 5 мл изооктана нагревали при 80 °С в течение 1 часа. Из изооктановых растворов выделяли 0.4 г (83%) соединения (4а), а из маточного раствора 0.21 г (55%) бензальдегида (5).
Взаимодействие 1-(дибромометил)-4-
(диметоксиметил) бензола (1б) с ацеталем (2)
Смесь 1 г (3.1 ммоль) соединения (1б) и 0.5 г (3.3 ммоль) ацеталя (2) и 0.04 г (0.31 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 50 °С в течение 1.5 часов. Экстрагированием изооктаном выделяли 0.15 г (36%) соединения (4а). Согласно данным спектра ЯМР :Н (5, м. д.) маточного раствора основными его компонентами являются бензальдегид (5) (10.03, СНО), ацеталь (2) (5.46, СНО2; 3.32, ОМе), диальде-гид (4а) (10.1, СНО) и соединение (4б) (10.13, СНО; 5.39, СНО2; 3.37, ОМе), причем содержание последнего незначительное. Хроматографированием на пластине Sorbfil (элюент - бензол:диэтиловый эфир 19:1) маслянистого остатка после удаления растворителя из маточного раствора обнаруживали наличие трех пятен: бензальдегида (5) ^ = 0.9), диаль-дегида (4а) ^ = 0.7) и общее пятно соединений (2) и (4б) ^ = 0.6). Хроматографированием этой смеси на колонке были выделены фракции, содержащие 0.1 г (30%) бензальдегида (5), 0.06 г (15%) диальде-гида (4а) и фракция, состоящая из веществ (2) и (4б), которые удалось идентифицировать хроматографи-рованием на пластине Sorbfil (элюент - бензол), для которых Rf 0.6 и 0.2, соответственно.
Трансформация 1-(дибромометил)-4-
(диметоксиметил) бензола (1б) в диальдегид (4а) под действием каталитических количеств хлорида цинка (3)
Смесь 1.1 г (3.4 ммоль) соединения (1б) и 0.046 г (0.34 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 50 °С в течение 1 часа. Экстрагированием изооктаном выделяли 0.44 г (96%) соединения (4а).
Метил-4-формилбензолкарбоксилат (4в)
Смесь 1 г (3.2 ммоль) соединения (1в) и 0.52 г (3.4 ммоль) ацеталя (2) и 0.044 г (0.32 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 50 °С в течение 2 часов и при 80 °С в течение 2 часов. Экстрагированием изооктаном выделяли 0.43 г (82%) соединения (4в) в виде бесцветных кристаллов, т. пл. 59-61 °С,
(т. пл. 63-65 °С [7]). Спектр ЯМР 1Н ДОС13), 5, м. д.: 3.97 с (3Н, ОМе), 7.94 и 8.19 д (4Н, С6Н4, 3Jнн 8.4 Гц), 10.10 с (1Н, СНО). Из маточного раствора получали 0.1 г (29%) бензальдегида (5).
3-Формилфенилэтаноат (4г)
Смесь 2 г (6.5 ммоль) соединения (1г) и 1.04 г (6.8 ммоль) ацеталя (2) и 0.09 г (0.65 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 80 °С в течение 2 часов. С помощью колоночной хроматографии (элюент -бензол:диэтиловый эфир 19:1) выделяли 0.33 г (30%) соединения (4г) в виде масла [8] и 0.2 г (29%) бензальдегида (5). Спектр ЯМР :Н соединения (4г) ^С13), 5, м. д.: 2.42 с (3Н, Ме), 7.47-8.13 м (4Н, С6Н4), 10.08 с (1Н, СНО).
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (НИР № 1629, выполняемой в рамках базовой части госзадания в сфере научной деятельности по заданию № 56 / 2014).
Литература
1. М.Б. Газизов, Т.Н. Качалова, Р.Ф. Каримова, Р.А. Хай-руллин, О.Г. Синяшин, ЖОХ, 67, 12, 2055-2056 (1997)
2. М.Б. Газизов, Т.Н. Качалова, Р.Ф. Каримова, О.Г. Синяшин, Докл. РАН, 359, 5, 644-646 (1998).
3. W. Li, J. Li, D. DeVincentis, T.S. Mansour, Tetrahedron Lett., 45, 1071-1074 (2004).
4. J.K. Augustine, Y.A. Naik, A.B. Mandal, N. Chowdappa, V.B. Praveen, Tetrahedron, 64, 688-695 (2008).
5. M.B. Gazizov, S. Yu. Ivanova, L.R. Bagauva, A.A. Kari-mova, Sh.N. Ibragimov, R.Z. Musin, Russ. J. Gen. Chem., 85, 9, 2209-2211 (2015). DOI: 10.1134/S1070363215090297.
6. Дж. Снелл, А. Вайсбергер, Синтез органических препаратов. III. Сборник 3. М., ИЛ, 1952, С. 397-399.
7. D.K. Kyung, Y. Young, J.J. Hyo, M.J. Ham, L.K. Ki, N.K. Ah, D. Oyunerdene, S.P. Gyoo, C.K. Seok, Bull. Korean Chem. Soc., 33, 12, 4275-4276 (2012).
8. R.R. Sudipta, C.S. Samaresh, K.M. Swadhin, J. Org. Chem., 79, 9150-9160 (2014).
© М. Б. Газизов - д-р хим. наук, проф. каф. органической химии КНИТУ, [email protected]; С. Ю. Иванова - аспирант каф. органической химии КНИТУ, [email protected]; Ш. Н. Ибрагимов - канд. хим. наук, доцент каф. органической химии КНИТУ, [email protected]; К. С. Газизова - зав. лаб. каф. органической химии КНИТУ, [email protected]; Л. Р. Ба-гаува - канд. хим. наук, доцент каф. органической химии КНИТУ, [email protected]; Р. Ф. Каримова - канд. хим. наук, доцент каф. органической химии КНИТУ, [email protected]; О. Д. Хайруллина - канд. хим. наук, асс. каф. органической химии КНИТУ, [email protected].
© M. B. Gazizov - Doctor of Chemistry, Professor of Organic Chemistry KNRTU, [email protected]; S. Yu. Ivanova - graduate student of Organic Chemistry KNRTU, [email protected]; Sh. N. Ibragimov - PhD, associate professor of Organic Chemistry KNRTU, [email protected]; K. S. Gazizova - Head of the laboratory of Organic Chemistry KNRTU, [email protected]; L. R. Bagauva - PhD, associate professor of Organic Chemistry KNRTU, [email protected]; R. F. Karimova - PhD, associate professor of Organic Chemistry KNRTU, [email protected]; O. D. Khairullina - PhD, assistant of Organic Chemistry KNRTU, [email protected].
