CC BY
17
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 547.748:785.5.07
DOI: 10.17213/0321-2б53-2014-б-88-91
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА 2-(2-ТИЕНИЛ)АЦЕНАФТО[1,2^]ОКСАЗОЛА
© 2014 г. A.A. Александров, М.М. Ельчанинов
Александров Андрей Анатольевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра ХТВМСОФКх, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. E-mail: [email protected]
Ельчанинов Михаил Михайлович - д-р хим. наук, профессор, кафедра ХТВМСОФКх, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635) 223629. E-mail: [email protected]
Aleksandrov Andrey Anatolevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department CTHMCOPKc, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). E-mail: [email protected]
Elchaninov Mikhail Mikhailovich - Doctor of Chemical Sciences, professor, department CTHMCOPKc, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635) 223629. E-mail: [email protected]
Трехкомпонентной реакцией 1,2-аценафтенхинона, тиофен-2-карбальдегида и газообразного аммиака в изопропаноле синтезирован 2-(2-тиенил) аценафто[1,2^]оксазол. Для него изучены реакции электрофильного замещения (нитрование, бромирование, сульфирование, формилирование, ацетилиро-вание и бензоилирование). В зависимости от условий проведения реакций электрофильной атаке подвергаются как тиофеновое кольцо, так и аценафтеновый фрагмент. Выделить продукт сульфирования 2-(2-тиенил)аценафто[1,2^]оксазола не удалось. Вероятно, это связано с существованием суль-фокислот в виде внутренних солей, устойчивость которых в данном случае зависит от основности оксазольного фрагмента. Она, как известно, самая низкая среди бензазолов.
Ключевые слова: 1,2-аценафтенхинон; тиофен-2-карбальдегид; 2-(2-тиенил)аценафто[1,2^]оксазол; реакции электрофильного замещения; изопропанол, аммиак.
Ternary reacting of 1,2-acenaphtenquinone, thiophene-2-carbaldehyde and ammonia gas in isopropanol was synthesized 2-(2-thienyl)acenaphthene[1,2-d]oxazole. For him, studied the reactions of electrophilic substitution (nitration, bromination, sulfonation, formylation, acylation). Depending on the reaction conditions undergo electrophilic attack as a thiophene ring and acenaftene fragment. It was impossible to isolated product of sulfonation the 2-(2-thienyl)acenaphthene[1,2-d]oxazole. This is probably due to the existence of sulfonic acids as internal salts, the stability of which in this case depends on the basicity of the oxazole moiety. It is known to be the lowest among benzazoles.
Keywords: 1,2-acenaftenquinon; thiophene-2-carbaldehyde; 2-(2-thienyl)- acenaphthene[1,2-d]oxazole; electrophilic substitution reaction; isopropanol; ammonia.
В литературе практически отсутствуют сведения о получении и свойствах аценафто[1, 2^]оксазола, содержащего тиофеновый фрагмент. В то же время бис-гетероциклические соединения такого типа представляют интерес как потенциальные биологически активные вещества [1 - 3] и органические люминофоры [4 - 7].
В настоящей работе мы задались целью разработать удобный метод синтеза 2-(2-тиенил)аценафто[1, 2^]оксазола (I) и исследовать его превращения при действии электрофильных реагентов.
Ранее было изучено [8] взаимодействие аценаф-тенхинона с ароматическими альдегидами в аммиачной среде. Согласно данным этой работы, различные ароматические альдегиды при низкой температуре образуют только оксазолы, а при высокой - имидазо-лы или смесь тех и других. 4-Нитро-, 4-гидрокси- и 4-метоксибензальдегиды в аммиачной среде дают толь-
ко имидазолы как при низкой, так и при более высокой температуре. Однако получить таким способом 2-тиенилзамещенный аценафто[1,2^]оксазол (I) нам не удалось. Поэтому мы применили метод, заключающийся в конденсации 1,2-аценафтенхинона, тиофен-2-карбальдегида и аммиака в среде изопропанола. Выход целевого оксазола (I) составил 56 %.
2-(2-Тиенил)аценафто[1,2^]оксазол (I) был подвергнут действию электрофильных реагентов: ацетил-нитрата, брома в дихлорэтане, серной и полифосфорной кислот (ПФК), уротропина и карбоновых кислот в ПФК.
Нитрование соединения (I) удалось успешно провести действием комплекса Си^03)2 и уксусного ангидрида. При этом выяснилось, что (I) сравнительно легко реагирует при 20 оС с образованием 5-нитро-замещенного (!а) по тиофеновому кольцу, в то время как при нагревании до 80 оС дает динитропроизводное (!б) и по аценафтеновому фрагменту.
Схема 1
SW
Br
+
1г
1в
-R
Ia-б
R=H (a); R=NO2 (б); R=H (д); R=Me (е); R=Ph (ж)
Бромирование в дихлорэтане соединения (I) протекает неоднозначно. Согласно данным спектра :Н ЯМР образуется смесь монобромпроизводных по 4 и 5 положениям тиофенового ядра, причем соотношение изомеров составляет 2:1 в пользу первого. С помощью колоночной хроматографии изомеры (1в) и (1г) удалось разделить и идентифицировать. Выходы 4-бром-и 5-бромизомеров составили соответственно 57 и 31 %.
Известно, что ацидофобные пятичленные гетеро-циклы пиррольного типа сульфируются аддуктом серного ангидрида с пиридином [9]. В то же время для большинства 2-гетарилимидазолов сульфирование удалось провести только действием концентрированной серной кислоты в среде ПФК. Нам не удалось сульфировать соединения (I) ни первым, ни вторым способами. По-видимому, это связано с существованием сульфокислот в виде бетаинов, устойчивость которых зависит от основности оксазольного фрагмента, а она, как известно, самая низкая среди азолов.
Соединение (I) не формилируется по Вильсмайе-ру даже при повышенной температуре (80 - 90 оС), однако его нагревание с уротропином в среде ПФК при 90 - 100 оС дает в качестве единственного продукта реакции соответствующее 5-формилпроизвод-ное (1д) с выходом 57 %.
Ацетилирование соединения (I), учитывая дезактивирующее влияние аценафтооксазольного фрагмента на реакционную способность тиофенового кольца, удалось осуществить лишь действием уксусного ангидрида в среде ПФК при 110 - 120 оС. Реакция протекает не селективно с образованием большого количества побочных продуктов неустановленного строения. Повышение температуры синтеза увеличивает их содержание, в связи с чем метилкетон (!е) был получен с выходом, не превышающим 36 %.
Ацилирование соединения (I) бензойной кислотой проводилось в описанных выше условиях, но при более высокой температуре (150 - 160 о). В отличие от ацетилирования, бензоилирование (I) из-за отсутствия
в получаемом продукте активированнои метильнои группы протекает гладко и без образования побочных продуктов. Выход фенилкетона (1ж) составил 63 %.
Экспериментальная часть
ИК-спектры регистрировали на спектрометре Specord 75IR в вазелиновом масле, спектры :Н ЯМР записаны на приборе Varian Unity 300 (300 МГц, CDCl3 или ДМСО-йб, внутренний стандарт - ТМС). Ход реакции контролировали при помощи ТСХ на пластинах с Al2O3 II степени активности по Брокману, проявление парами иода (элюент - CH2Cl2, CHCl3). Элементный анализ проводили на анализаторе Perkin Elmer 2400. Температуры плавления определяли капиллярным методом на приборе ПТП.
Физико-химические и спектральные характеристики полученных соединений представлены в табл 1, 2.
2-(2-Тиенил)аценафто[1,2^]оксазол (I). В нагретый до 60 оС раствор 9,1 г (50 ммоль) аценафтен-хинона в 250 мл изопропанола добавляли 7,84 г (70 ммоль) тиофен-2-карбальдегида в 50 мл изопро-панола и барботировали через него газообразный аммиак в течение 1 ч. Затем смесь кипятили 2-3 ч и оставляли стоять при комнатной температуре 4 - 6 ч. Осадок продукта реакции отфильтровывали и промывали 50 мл изопропанола. Фильтрат разбавляли 250 мл холодной воды и выпавшие кристаллы отделяли и высушивали. Выход 10,4 г.
2-(5-Нитро-2-тиенил) аценафто [1,2^]оксазол (1а). К раствору 2,75 г (10 ммоль) соединения (I) в 20 мл свежеперегнанного уксусного ангидрида при интенсивном перемешивании небольшими порциями приливали 2,85 мл нитрующей смеси [10] при комнатной температуре. Перемешивали 1,0 - 1,5 ч и к полученной смеси приливали 50 мл холодной воды, после чего нейтрализовывали раствором аммиака. Продукт экстрагировали метиленхлоридом и хромато-графировали на колонке с Al2O3, элюируя метилен-хлоридом. Выход 2,14 г.
Таблица 1
Температуры плавления, данные элементного анализа и выходы полученных соединений
№ Выход, % Т оС 1 пл? ^ Найдено, % Формула Вычислено, %
С Н N C H N
I 56 107-109 74,42 3,55 4,88 C17H9NOS 74,16 3,29 5,09
Ia 67 165-166 64,03 2,28 8,66 CnHNAS 63,74 2,52 8,75
1б 41 225-226 56,13 2,17 11,33 C17H7N3O5S 55,89 1,93 11,50
1в 57 157-158 57,89 2,43 - C17H8BrNOS 57,64 2,28 -
1г 31 125-126 57,48 2,15 - C17H8BrNOS 57,64 2,28 -
1д 57 147-148 71,55 3,21 4,38 C18H9NO2S 71,27 2,99 4,62
1е 36 133-134 72,23 3,27 4,55 c19huno2s 71,91 3,49 4,41
1ж 63 174-175 75,66 3,38 3,88 c24h13no2s 75,97 3,45 3,69
Таблица 2
Параметры ИК и ЯМР 'Н спектров полученных соединений
№ ИК спектр, v, см Спектр ЯМР 'Н,5, м.д. (Г, Гц, CDaз)
I - 7.20 д (1Н, Н4 т, Г 4.2), 7.43 д (1Н, Н3 т, Г 3.8), 7.46 д (1Н, Н7 Аг, Г 3.5), 7.51 д (1Н, Н6 Аг, Г 3.6), 7.58 д (1Н, Н5 т, Г 4.2), 7.64 д (1Н, Н9 Аг, Г 6.8),7.72 т (2Н, Н5,8 Аг, Г 7.7), 7.88 д (1Н, Н4 Аг, Г 7.8).
Ia 1370 сим (NO2) 1530 асим (NO2) 7.48 д (1Н, Н7 Аг, Г 3.6), 7.52 д (1Н, Н6 Аг, Г 3.6), 7.60 д (1Н, Н3 т, Г 4.2), 7.65 д (1Н, Н9 Аг, Г 6.8), 7.73 т (2Н, Н5,8 Аг, Г 7.6), 7.86 д (1Н, Н4 Аг, Г 6.8),7.98 д (1Н, Н4 т, Г 7.8).
I6 1350 сим (NO2) 1550 асим (NO2) 7.52 д (1Н, Н6 Аг, Г 3.5), 7.60 д (1Н, Н3 т, Г 4.5), 7.68 д (1Н, Н9 Аг, Г 7.0), 7.72 т (1Н, Н5 Аг, Г 8.0), 7.86 д (1Н, Н4 Аг, Г 4.6), 7.96 д (1Н, Н4 т, Г 4.5),8.46 д (1Н, Н8 Аг, Г 7.8).
ib 7.36 с (1Н, Н3 т), 7.45 д (1Н, Н7 Аг, Г 7.6), 7.52 д (1Н, Н6 А , Г 7.6\ 7.56 с (1Н, Н5 т), 7.62 д (1Н, Н9 Аг, Г 6.8), 7.70 т (2Н, Н5,8 Аг, Г 7.6), 7.86 д (1Н, Н4 Аг, Г 6.5).
Ir - 7.16 д (1Н, Н 4т, Г 4.0), 7.40 д (1Н, Н3 т, Г 4.0), 7.48 д (1Н, Н7 Аг, Г 7.6), 7.53 д (1Н, Н6 Аг, Г 7.6), 7.61 д (1Н, Н9 Аг, Г 6.8), 7.74 т (2Н, Н5,8 Аг, Г 7.5), 7.90 д (1Н, Н4 Аг, Г6.8).
!д 1690 (С = О) 7.44 д (1Н, Н7 Аг, Г 3.6), 7.53 д (1Н, Н6 Аг, Г 3.6), 7.60 д (1Н, Н3 т, Г 4.1), 7.64 д (1Н, Н9 Аг, Г 6.8), 7.73 д (2Н, Н5,8 Аг, Г 7.6), 7.90 д (1Н, Н4 Аг, Г 7.8), 7.96 д (1Н, Н4 т, Г4.1).
Ie 1680 (С = О) 7.42 д (1Н, Н7 Аг, Г 3.6), 7.51 д (1Н, Н6 Аг, Г 3.6), 7.56 д (1Н, Н3 Н Г 3.9), 7.64 д (1Н, Н9 Аг, Г 6.8), 7.70 д (2Н, Н5,8 Аг, Г 7.6), 7.88 д (1Н, Н4 Аг, Г 7.8), 7.94д (1Н, Н4 т, Г 3.9).
Iж 1640 (С = О) 7.43 д (1Н, Н7 Аг, Г 3.6), 7.48 д (1Н, Н6 Аг, Г 3.6), 7.52 д (1Н, Н3 Н Г 4.1), 7.55 м (3Н, Н3'4' 5' Аг), 7.62 д (1Н, Н9 Аг, Г 6.8), 7.68 д (2Н, Н5,8 Аг, Г 7.6), 7.90 д (1Н, Н4 Аг, Г 7.8), 7.96 д (1Н, Н4 т, Г 4.1), 8.12 д (2Н, Н2',6' Аг, Г 7.8).
2-(5-Нитро-2-тиенил)-7-нитроаценафто [1,2^] ок-сазол (1б). К раствору 2,75 г (10 ммоль) соединения (I) в 20 мл свежеперегнанного уксусного ангидрида при интенсивном перемешивании небольшими порциями приливали 2,85 мл нитрующей смеси [10] при комнатной температуре. Затем смесь нагревали на водяной бане при 80 оС в течение 10 мин. Выпавшие по охлаждении кристаллы отделяли, промывали небольшим количеством уксусной кислоты, водой, ней-трализовывали раствором аммиака и кристаллизовали из этанола. Выход 1,50 г.
2-(4-Бром-2-тиенил)аценафто[1,2^]оксазол (1в). К раствору 2,75 г (10 ммоль) соединения (I) в 40 мл дихлорэтана при комнатной температуре постепенно добавляли раствор 3,2 г (20 ммоль) брома в 20 мл
дихлорэтана. По окончании прибавления смесь кипятили 4 ч. Затем разбавляли водой, нейтрализовывали раствором аммиака, после чего нижний слой отделяли и хроматографировали на колонке с А1203, элюируя метиленхлоридом. Выход из смеси изомеров соединения (!в) составляет 2,02 г.
2-(5-Бром-2-тиенил)аценафто[1,2^]оксазол(1г). Получен в результате хроматографирования смеси изомеров предыдущего опыта. Выход 1,10 г.
2-(5-Формил-2-тиенил)аценафто[1,2^]оксазол (1д). Перемешивали 2,75 г (10 ммоль) соединения (I) и 4,2 г (30 ммоль) уротропина в 40 г ПФК при 90 -100 оС в течение 4 ч. После чего реакционную массу разбавляли 100 мл воды, нейтрализовывали раствором аммиака. Выделившийся продукт реакции экстра-
гировали метиленхлоридом. Экстракт высушивали Na2SO4 и хроматографировали на колонке с А1203, элюируя метиленхлоридом. Выход 2,73 г.
2-(5-Ацетил-2-тиенил)аценафто[1,2^]оксазол(1е). Перемешивали 2,75 г (10 ммоль) соединения (I) и 3,06 г (30 ммоль) уксусного ангидрида в 40 г ПФК при 110 - 120 оС в течение 18 ч. Продукт реакции выделяли аналогично соединению (!д). Выход 1,14 г.
2-(5-Бензоил-2-тиенил)аценафто[1,2^]оксазол (¡ж). Перемешивали 2,88 г (10 ммоль) соединения (I) и 6,1 г (50 ммоль) бензойной кислоты в 40 г ПФК при 150 - 160 оС в течение 8 ч. Продукт реакции выделяли аналогично соединению (!е). Выход 2,39 г.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 14-23-00078.
Литература
1. Симонов А.М., Ельчанинов М.М., Олейникова Л.Я., Кол-бачеваН.Г. А. с. 599510 СССР. 1977. МКИ С 07 Д 409/04.
1-Алкил-2-(5-формилтиенил-2)бензимидазол или его семи-карбазон, обладающие противогрибковой активностью.
2. Симонов А.М., Ельчанинов М.М., Кошутин В.И., Олейникова Л.Я., Колбачева Н.Г. А. с. 677338 СССР. 1978. МКИ С 07 Д 409/04. Кетоны 1-алкил-2-(тиенил-2)бензи-мидазола, обладающие противогрибковой активностью.
3. Гребенников В.А., Ельчанинов М.М., Нахрацкий И.И., Симонов А.М., Боканева С.А. А. с. 1203861 СССР. 1985. МКИ С 07 Д 409/04. Гидрохлорид 5-нитро-2-(тиенил-2)бензимидазола, обладающий противогрибковой активностью в отношении Microsporum canis.
4. Рошаль А.Д., Лукьянов Б.С., Ельчанинов М.М. Электронные переходы и спектры производных гетарилфенан-троимидазолов // Журн. физ. химии. 2003. Т. 77, вып. 10. С. 1899.
5. Александров А.А., Ельчанинов М.М., Макарова Н.И., Лукьянов Б.С. Новые флуоресцентные 2-(5-ацетоацетил-2-фурил)бензазолы с прохиральными протонами мети-леновой группы // Химия гетероциклических соединений. 2011. № 6. С. 837.
6. Дробышева Е.В., Александров А.А., Ельчанинов М.М. Синтез и свойства транс-2-[Р-(2-гетарил)винил] бензо-тиазолов // Журн. органической химии. 2012. Т. 48, вып. 3. С. 426.
7. Красовицкий Б.М., Болотин Б.М. Органические люминофоры. М., 1984. 334 С.
8. Sirkar R.M., Sen P.C. Synthesis of acenaphto[9,10-d]oxazole and imidazole derivatives // J. Indian Chem. Soc. 1931. № 8. Р. 605.
9. Терентьев А.П., Казицина Л.А. Сульфирование фурана // Журн. орг. химии. 1948. Т. 18, вып. 9. С. 723.
10. Чуркин Ю.Д., Савин В.И. Синтез тиофеннафталиновых аналогов халкона // Химия гетероциклических соединений. 1968. № 2. С. 369.
References
1. Simonov A.M., El'chaninov M.M., Olejnikova L.Ya., Kolbacheva N.G. 1-Alkil-2-(5-formiltienil-2)benzimidazol ili ego semikar-bazon, obladayuschie protivogribkovoj aktivnost'yu [1-Alkyl-2-(5-formillions-2)benzimidazole or CE nicarbazin with antifungal activity]. A. s. SSSR, no 599510, 1977.
2. Simonov A.M., El'chaninov M.M., Koshutin V.I., Olejnikova L.Ya., Kolbacheva N.G. Ketony 1-alkil-2-(tienil-2)benzimidazola, obladayuschie protivogribkovoj aktivnost'yu [Ketones 1-alkyl-2-(thienyl-2)benzimidazole with antifungal asset-ness]. A. s. SSSR, no. 677338, 1978.
3. Grebennikov V.A., El'chaninov M.M., Nahrackij I.I., Simonov A.M., Bokaneva S.A. Gidrohlorid 5-nitro-2-(tienil-2)benzimidazola, obladayuschij protivogribkovoj aktivnost'yu v otnoshenii Microsporum canis [Hydrochloride 5-nitro-2-(thienyl-2)benzimidazole with antifungal Activ-activity against Microsporum canis.]. A. s. SSSR, no. 1203861, 1985.
4. Roshal' A.D., Luk'yanov B.S., El'chaninov M.M. 'Elektronnye perehody i spektry proizvodnyh getarilfenantroimidazolov [Elec-tron-ing transitions and spectra derivative getallfonts-imidazoles]. Zhurn. fiz. Himii, 2003, 77, vol. 10, p. 1899.
5. Aleksandrov A.A., El'chaninov M.M., Makarova N.I., Luk'yanov B.S. Novye fluorescentnye 2-(5-acetoacetil-2-furil)benzazoly s prohiral'nymi protonami metilenovoj gruppy [New fluorescent 2-(5-acetoacetyl-2-furyl)benzazoles with ProfileName protons the stands-a new group]. Himiya geterociklicheskih soedinenij, 2011, no. 6, p. 837.
6. Drobysheva E.V., Aleksandrov A.A., El'chaninov M.M. Sintez i svojstva trans-2-[P-(2-getaril)vinil] benzotiazolov [Synthesis and properties of TRANS-2-[P-(2-hetaryl)vinyl] benzoate-azolesy. Zhurn. organicheskoj himii, 2012, 48,vol. 3, p. 426.
7. Krasovickij B.M., Bolotin B.M. Organicheskie lyuminofory [Organic lumino-handicap]. Moscow, 1984, 334 p.
8. Sirkar R.M., Sen P.C. Synthesis of acenaphto[9,10-d]oxazole and imidazole derivatives. J. Indian Chem. Soc, 1931, no. 8, p. 605.
9. Terent'ev A.P., Kazicina L.A. Sul'firovanie furana [Sulfonation of furan]. Zhurn. org. himii, 1948, 18, vol. 9, p. 723.
10. Churkin Yu.D., Savin V.I. Cintez tiofennaftalinovyh analogov halkona [Synthesis tiopentalom analogues Halcon]. Himiya geterociklicheskih soedinenij, 1968, no. 2, p. 369.
Поступила в редакцию_22 сентября 2014 г.
