CC BY
12УДК 547.553.2
Синтез ^3,5-замещенных 1,4-фенилендиаминов
А.С. Косицына*, Е.В. Роот, Н.А. Гаврилова, Е.С. Семиченко, Г.А. Субоч
Сибирский государственный технологический университет Россия 660049, Красноярск, пр. Мира, 82 1
Received 10.12.2012, received in revised form 17.12.2012, accepted 24.12.2012
Восстановлением N,3,5-замещенных 4-нитрозоанилинов гидразингидратом на Pd/C получены N-3,5-замещенные 1,4-фенилендиамины. Синтез N-((.1-адамантил)метил)-3,5-замещенных 4-нитрозоанилинов впервые осуществлен конденсацией 2-гидроксимино-1,3-дикетонов с ацетоном и (1- адамантил)метанамином в пиридине.
Ключевые слова: 1,4-фенилендиамин, N,3,5-замещенный 4-нитрозоанилин, циклоконденсация, 2-гидроксимино-1,3-дикетон, восстановление, циклогексиламин, изопропиламин, (1-адамантил) метанамин.
В последнее время интерес к 1,4-фенилендиаминам возрос в связи с появлением новых областей их применения, таких как создание современных полупроводниковых материалов [1-4], термостабильных полиамидов [5] и спироциклических производных пиридо[2,3^]хинолина [6]. Расширение прикладного использования 1,4-фенилендиаминов возможно за счет синтеза новых ^3,5-замещенных 1,4-фенилендиаминов. Так, введение метилен-1-адамантильного фрагмента в 1,4-фенилендиамин повышает совместимость с полимерной матрицей и может придать соединению антивирусную активность [7]. Однако литературные данные о синтезе ^3,5-замещенных 1,4-фенилендиаминов ограничены [8-10], что связано с труднодоступно-стью исходных соединений для их получения.
Целью данной работы является синтез новых 3,5-диалкил-, 3,5-дифенил- и 3-алкил-5-фенил-1,4-фенилендиаминов с объемными заместителями у атома азота.
Результаты и обсуждение
Для синтеза ^3,5-замещенных 1,4-фенилендиаминов перспективно использование ^алкил- и ^циклоалкил-3,5-замещенных 4-нитрозоанилинов (1а-г) (рис. 1), для которых ранее разработан удобный метод синтеза (циклоконденсация 2-гидроксимино-1,3-дикетонов
* Corresponding author E-mail address: kositsyna-anna@mail.ru
1 © Siberian Federal University. All rights reserved
N0
ны
\
R3
1а-г
Рис. 1. 1--алкил- (циклоалкил-)-3,5-замещеішьіе 4-нитрозоанилині>і (1а-г) (1а К = Я2 = Ме, Я3 = Су; б Я1 = Я2 = Ме, Я3 = г-Рг; в Я1 = Ме, Я2 = РИ, Я3 = Су; г Я1 = Я2 = РИ, Я3 = г-Рг)
Рис. 2. Синтез N-((1-адамантил)метил)-3,5-замещенных 4-шітрозоашілішов (1д II1, Я.2 = Ме; е Я1, Я2 = РИ)
с ацетоном и аминами [11]). Однако 3,5-замещенные 4-нитрозоанилины с метиленадаман-тильным фрагментом у атома азота до настоящего времени не удавалось получить. Это могло быть связано с низкой растворимостью (1-адамантил)метанамина в ацетоне, используемом в качестве растворителя и реагента в трёхкомпонентной конденсации [11]. При проведении реакции 2-гидроксимино-1,3-дикетонов с ацетоном и (1-адамантил)метанамином в среде пиридина нами выделены ранее неизвестные 3,5-диметил-^((1-адамантил)метил)-4-нитрозоанилин (1д) и 3,5-дифенил^-((1-адамантил)метил)-4-нитрозоанилин (1е) с выходами 66 и 20 % соответственно (рис. 2).
О наличии нитрозогруппы в структуре соединения (1д) свидетельствует пик поглощения в электронном спектре в области 650-700 нм п,п*-перехода ароматической нитрозогруппы. В ЯМР Щ-спектрах (СНС13) нитрозоанилинов (1д, е) присутствуют синглетные сигналы ароматических протонов при 5 6,27 м. д. (1д) и 5 6,47 м. д. (1е), сигналы метиленадамантильного фрагмента (5 1,29-3,02 м. д.) и сигналы протонов заместителей ароматического ядра. Протоны аминогрупп соединений (1д, е) дают уширенный сигнал в области 5 4,86-4,93 м. д.
Из разнообразных методов восстановления С-нитрозосоединений реакция с гидразинги-дратом наиболее предпочтительна из-за отсутствия трудноотделяемых побочных продуктов
N0
Н2К
■ОН
N
Ру
ІД, е
НК
1-да
1а-е 2а-е
Рис. 3. Синтез Ї3,3,5-замещенньіх 1,4-фешілендиаминов (2а Я1 = Я2 = Ме, Я3 = Су; б Я1 = II2 = Ме, Я3 = г-Рг; в Я1 = Ме- Я2 = РИ, Я3 = Су; г Я1 = Я2 = РИ, Я3 = г-Рг; д Я1 = Я2 = Ме, Я3 = Ш2(1-Лф; е Я1 = Я2 = РИ, Я3 = СН 2(1-Лс1))
и высокого выхода целевого амина. Синтез 3,5-диметил-, 3,5-дифенил- и 3-метил-5-фенил-
1,4-фенилендиаминов (2а-е) (рис. 3) с объемными заместителями (циклогексил-, изопропил-, (І-адамантил)метил-) у атома азота вели восстановлением соответствующих 4-нитрозоани-линов (1а-е) трехкратным избытком гидразингидрата в присутствии 0,5 % Pd/C. Контроль за протеканием реакции осуществляли методом тонкослойной хроматографии. После отделения катализатора и удаления спирта впервые получили бесцветные кристаллы 1,4-фенилендиами-нов (2а-е).
Состав синтезированных соединений подтвержден элементным анализом. Данные ЯМР Щ и электронной спектроскопии не противоречат предполагаемому строению синтезированных соединений (2а-е).
В отличие от электронных спектров исходных 4-нитрозоанилинов (1а, б) [12] в спектрах синтезированных 1,4-фенилендиаминов (2а, б) в этаноле отсутствует пик поглощения в области 600-700 нм, характерный для п,п*-перехода ароматической нитрозогруппы. Для корректного отнесения уширенных и близко расположенных сигналов протонов амино- и метиновых групп в спектре ЯМР Щ (CDQ3) соединения (2б) потребовалось использовать данные ЯМР HSQC ‘Н-13С эксперимента. На рисунке 4 для соединения (2б) приведена корреляция между сигналом метинового протона (3,56 м. д.) и сигналом атома углерода (45,4 м. д.). Сигнал протонов с 5 3,14 м. д. не обнаруживает кросс-пиков с атомами углеродов и отнесен нами к сигналам протонов аминогрупп (рис. 4).
Таким образом, в результате восстановления М,3,5-замещенных 4-нитрозоанилинов получены ранее неизвестные 1,4-фенилендиамины с заместителями в ядре и объемными заместителями у атома азота (циклогексил, изопропил, (1-адамантил)метил)).
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР Щ записаны на спектрометре Вгикег Avance III 600 (600 МГ ц) в Красноярском региональном центре коллективного пользования СО РАН (КР ЦКП СО РАН). Внутренний стандарт - ТМС, растворитель CDQ3. Электронный спектр записан на спектрофотометре
н\ ^н
3,14 м. д n 3,14 м. д.
Me
3,14 м. д.
н
N
Me
3 56 її
3,56 м. д.
J^^C45,4 м. д.
Me
Pnc. 4. Гетероядерная 1H-13C корреляция в (TH-фрaeмeштe на прямым константах по дмнным Щ-1^ HSQC эксперимента для N-изопропил-3,5-димeтил-1,4-фeшилeшдиамиша (2б)
Helios Omega в кварцевых кюветах 1 см при концентрации 0,Зх10-4 моль/л (4-нитрозоанилин 1д), 0,5х10-4 моль/л (1,4-фенилендиамин (2a) и (2б)), в области 200-500 нм и концентрации 1,5х10-2 моль/л в области 600-800 нм в этаноле. Элементный анализ выполнен на CHN-анализаторе Carlo Erba 1106. Отнесение сигналов в спектрах ЯМP сделано на основании двухмерных спектров гетероядерной 'H-nC корреляции на прямых константах 'H-nC HSQC экспериментов. Для проведения двухмерных экспериментов использовали стандартные импульсные последовательности из библиотек спектрометра.
^Циклогексил-З,5-диметил-4-нитрозоанилин (la), ^изопропил-З,5-диметил-4-
нитрозоанилин (1б), ^циклогексил-З-метил-5-фенил-4-нитрозоанилин (1в), N-изопропил-З^-дифенил-4-нитрозоанилин (1г) получили по методике, описанной в [11].
Общая методика синтеза 3,5-замещенных ^((1-адамантил)метил)-4-нитрозоанилинов (1д, е). К раствору З ммоль (1-адамантил)метанамина в 12 мл пиридина добавили смесь 6 мл ацетона с 2,6 ммоль соответствующего 2-гидроксимино-1,З-дикетона. После выдерживания при 20 °C в течение необходимого времени, указанного для соединений (1д) и (1е), реакционную массу экстрагировали диэтиловым эфиром (З х 10 мл), эфирный слой промыли 10 мл 0,1 н раствора соляной кислоты, затем 10 мл 0,1 н раствора гидроксида натрия и 10 мл воды. Эфирный раствор упарили в вакууме водоструйного насоса, твердый остаток очистили на хроматографической колонке (0 1 х 50 см) с силикагелем Silicagel L 100/400 с подвижной фазой этилацетат - гексан 1:4. Соединения (1д) и (1е) представляют собой зеленые кристаллы.
^((1-Адамантил)метил)-3,5-диметил-4-нитрозоанилин (1д). Время синтеза 24 ч. Выход 0,59 г (66 %); т. пл. 222 °С. Электронный спектр (этанол, X макс. нм (є)): 410 (20000), 684 (40). Спектр ЯМP Щ (CDCb), 5, м. д.: 1,60-2,06 м (15 Н, З СН^ и 6 СН2 1-Ad); 2,65 с (6 Н, 2 СНЗ); 2,99 м (2 Н, СН2); 4,86 м (1 Н, NH); 6,27 с (2 Н, СНаром). Найдено %: С 76,45; Н 8,78; N 9,З8. С19Н2(^20. Вычислено %: С 76,47; Н 8,78; N 9,З9.
^((1-Адамантил)метил)-3,5-дифенил-4-нитрозоанилин (1е). Время синтеза 648 ч. Выход 0,25 г (20 %); т. пл. 194 °С. Спектр ЯМP Щ (CDCb), 5, м. д.: 1,61-2,06 м (15 Н, З СН^ и
6 СН2 1-ЛД 3,02 м (2 Н, СН2), 4,93 м (1 Н, КН), 6,47 с (2 Н, СНаром), 7,35-7,42 м (10 Н, 10 СНРІ1). Найдено %: С 82,40; Н 7,18; N 6,58. С29Н30МТ20. Вычислено %: С 82,43; Н 7,16; N 6,63.
Общая методика получения ^3,5-замещенных-1,4-фенилендиаминов (2а-е). К раствору 1 ммоль М,3,5-замещенного 4-нитрозоанилина (1а-е) в 10 мл этилового спирта, добавили
0,04 г 0,5 % Pd/C и порциями прилили 3 ммоль 95 %-ного гидразингидрата, смесь перемешивали при 40 °С. По окончании реакции (контроль по ТСХ, на пластинках Sorbfil ПТСХ-П-А-УФ (ООО «ИМИД» Краснодар, Россия), элюент толуол) катализатор отфильтровали, фильтрат упарили.
^Циклогексил-3,5-диметил-1,4-фенилендиамин (2а). Выход 0,21 г (96 %); т. пл. 153 °С. Электронный спектр (растворитель, X макс. нм (є)): этанол, 206 (28580), 249 (11180), 285 (3900, плечо); 0,1 н На, 202 (12660). Спектр ЯМР Щ ^а3), 5, м. д.: 1,12-2,08 м (10 Н, 5 СН2 Су); 2,17 с (6 Н, 2 СН3), 3,14-3,18 м (4 Н, КН, МН3 и СНСу); 6,35 с (2 Н, 2 Наром). Спектр ЯМР 13С ^а3), 5, м.д.: 18,0 (2 СН3); 25,2 (СН2 су); 26,1 (2 СН2 су); 32,8 (2 СН2 су); 53,0 (СН су); 114,9 (Саром), 123,5 (Саром); 134,2 (Саром); 139,8 (Саром). Найдено %: С 77,25; Н 10,11; N 12,90. С^^^. Вычислено %: С 77,01; Н 10,16; N 12,83.
^Изопропил-3,5-диметил-1,4-фенилендиамин (2б). Выход 0,15 г (84 %); т. пл. 127 °С.
Электронный спектр (растворитель, X макс. нм (є)): этанол, 207 (29080), 248 (11440), 308 (2480, плечо); 0,1 н На, 207 (11640). Спектр ЯМР Щ ^а3) , 5, м. д.: 1,21 д (6 Н; 2 СН3, J 6 Гц); 2,18 с (6 Н, 2 СН3); 3,14 уш. (3 Н, КН и КН2); 3,56 т (1 Н, СН„Рг, J 15,4 Гц); 6,36 с (2 Н, СНаром). Спектр ЯМР 13С (CDаз), 5, м.д.: 18,4 (2 СН3); 32,2 (2 СН3,-Рг); 45,4 (СН,-Рг); 114,5 (Саром); 124,2 (Саром); 138,7 (Саром); 134,4 (Саром). Найдено %: С 74,19; Н 10,15; N 15,70. СцН^. Вычислено %: С 74,11; Н 10,18; N 15,71.
^Циклогексил-3-метил-5-фенил-1,4-фенилендиамин (2в). Выход 0,18 г (63 %); т. пл. 76 °С. ЯМР 1Н спектр (ТФУК), 5, м. д.: 1,70-2,81 м (10 Н, 5 СН2Су); 3,08 с (3 Н, СН3); 4,10 м (1 Н, СНСу); 9,32 уш. (2 Н, КН2); 7,90-8,02 м (2 Н, 2 Нар); 7,11 м (1 Н, КН). ЯМР 13С спектр (ТФУК),
5, м.д.: 16,6 (Ш3); 23,9 № су); 24,1 № су); 29,3 № су); 29,4 № су); 65,8 (Ш су); 124,24 (Саром); 125,8 ^аром); 127,7 ^аром); 128,6 ^ромХ 130,2 (Cаpом); 130,9 (Саром); 133,1 (Capом); 133,6 (Capом); 134,5 (О^); 136,6 (Capом); 141,0 (Саром). Найдено %: С 79,36; Н 10,48; N 9,70. С^Н^. Вычислено %: С 79,66; Н 10,56; N 9,78.
^Изопропил-3,5-дифенил-1,4-фенилендиамин (2г). Выход 0,19 г (63 %); т. пл. 114 °С. Спектр ЯМР 1Н ^а3) , 5, м. д.: 1,29 с (6 Н, 2 Ш3 ,-Рг), 3,6 уш. (2 Н, NH и Ш,-Рг), 6,68 с (2 Н, NH2), 7,36-7,54 м (12 Н, 2 Наром и 10 НРІ1). Найдено %: С 83,36; Н 7,28; N 9,10. С21Н22^. Вычислено %: С 83,40; Н 7,33; N 9,26.
^((1-Адамантил)метан)-3,5-диметил-1,4-фенилендиамин (2д). Выход 0,28 г (98 %); т. пл. 115 °С. Спектр ЯМР 1Н ^а3), 5, м. д.: 1,29-2,05 м (1^); 2,21 с (6 Н, 2 Ш3); 2,75 уш. (2 Н, Ш2); 3,18 уш. (3 Н, NH и NH2); 6,36 с (2 Н, 2 Наром). Найдено %: С 80,19; Н 10,00; N 9,70. С^Н^. Вычислено %: С 80,23; Н 9,92; N 9,85.
^((1-Адамантил)метан)-3,5-дифенил-1,4-фенилендиамин (2е). Выход 0,29 г (72 %); т. пл. 103 °С. Спектр ЯМР 1Н ^а3), 5, м. д.: 0,92-2,03 м (15 Н, 3 СН1-Л4 и 6 СН2 1-Л4); 2,08 с (СН2); 3,42 уш. (3 Н, NH2 и NH); 6,57 с (2 Н, СНаром); 7,38-7,55 м (10 Н, СНаром). ЯМР 13 С спектр (Ша3), 5, м.д.: 28,4 (Ш,^); 29, 7 (Ш^); 37,2 (CH2 ^ 40, 8 (^-д*); 57,7 (CH2); 115,1 (Шаром); 127,1 (ОД^; 128,7 (СНаром); 129,3 (Ш^; 140,3 (CHap0M). Найдено %: С 85,23; Н 7,86; N 6,85. С^Н^. Вычислено %: С 85,25; Н 7,89; N 6,86.
Список литературы
1. Thomas S. W. III, Swager T. M. // Macromolecules. 2005. Vol. 38. P. 2716 - 2721.
2. Azulene-substituted aromatic amines. Synthesise and amphoteric redox behavior of N,N-di(6-azulenyl)-p-toluidine and N,N,N’,N’-tetra(6-azulenyl)-p-phenilendiamine and their derivatives / Shunji Ito, Takahiro Kubo, Noboru Morita, Tadaaki Ikoma, Shozo Tero-Kubota, Jun Kawakami, Akio Tajiri. // J. Org. Chem. 2005. Vol. 70. P. 2285 - 2293.
3. Selby T. D., Kye-Young Kim, Blackstock S. C. // Chem. Mater. 2002. Vol. 14, P. 1685 - 1690.
4. Joselevich M., Williams F. J. // Langmuir 2008. Vol. 24. P. 11711 - 11717.
5. Идрисова С. Ш. // ЖОрХ. 2003. Т. 39. Вып. 2. С. 213 - 216.
6. Кадуцкий А. П., Козлов Н. Г., Жихарко Ю. Д. // ЖОрХ. 2011. Т. 47. Вып. 7. С. 419 - 423.
7. Багрий Е. И. Адамантаны: получение, свойства, приминение. М.: Наука, 1989, 264 с.
8. Bent R.L., Dessloch J.C., Duennebier F.C., Fassett D.W., Glass D.B., James T.H., Julian D.B., Ruby W.R., Sterner J.M., Thirtle J.R., Vittum P.W., Weissbeger A. Chemical constitution, electrochemical, photographic and allergic properties of ^-amino-N-dialkylanilines / J. Am. Chem. Soc. 1951. Vol. 73. P. 3100 - 3125.
9. Kubo Yuji, Yoshida Katsuhira, Adachi Masafumi, Nakamuro Shinichiro, Maeda Shuichi. Experimental and theoretical study of near-infrared absorbing naphthoquinone methide dyes with a nonplanar geometry / J. Am. Chem. Soc. 1991. Vol. 113. P. 2868 - 2873.
10. Tong L. K., Glesmann M. C., Bent R. L. // J. Am. Chem. Soc. 1960. Vol. 82. P. 1988 - 1996.
11. Беляев Е. Ю., Субоч Г. А., Ельцов А. В. // ЖОрХ. 1978. Т. 14. Вып. 7. С. 1506 - 1511.
12. Субоч Г.А., Ельцов А.В., Фрадкина С.П., Беляев Е.Ю. Структура и спектральный анализ пространственно-затрудненных и-нитрозоанилинов / ЖОрХ. 1979. Т. 15, Вып. 8. С. 1611 - 1615.
Synthesis of N,3,5-Substituted 1,4-Phenylenediamines
Anna S. Kositsyna, Evgeniy V. Root, Natalya A. Gavrilova, Elena S. Semichenko and George A. Suboch
Siberian State Technological University 82 Mira, Krasnoyarsk, 660049 Russia
N,3,5-Substituted 1,4-phenylenediamines were obtained by reduction of N,3,5-substituted 4-nitosoanilines by hydrazinehydrate on the Pd/C. N-((1-Adamatyl)methyl)-3,5-substituted 4-nitrosoanilines were first synthesized by condensation of 2-hydroxyimino-1,3-diketone with acetone and (l-adamatyl)methanamine in pyridine.
Keywords: 1,4-phenylenediamine, 3,5-substituted4-nitrosoaniline, cyclocondensation, 2-hydroxyimino-1,3-diketone, reduction, cyclohexylamine, propan-2-amine, (l-adamantyl)methanamine.
