Синтез производных 2-(2-гидроксифенил)-2Н-бензотриазол-4-карбоновой кислоты, содержащих сульфамидную группу в фенильном фрагменте Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.791.8

В.С. Васин, Т.Ю. Колдаева, В.П. Перевалов

СИНТЕЗ ПРОИЗВОДНЫХ 2-(2-ГИДРОКСИФЕНИЛ)-2Н-БЕНЗОТРИАЗОЛ-4-КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ, СОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФАМИДНУЮ ГРУППУ В ФЕНИЛЬНОМ ФРАГМЕНТЕ

(Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева) e-mail: vasin2258@yandex.ru

На основе 3,5-диамино-4-хлорбензойной кислоты и N-фениламида 3-амино-4-гидроксибензосульфокислоты разработан метод синтеза производных 2-(2-гидрокси-фенил)-2Н-бензотриазол-4-карбоновой кислоты, содержащих сульфамидную группу. Из о-нитрохлорбензол-п-сульфокислоты синтезирован N-фениламид 3-амино-4-гидрокси-бензосульфокислоты.

Ключевые слова: 2-(2-гидроксифенил)-2#-бензотриазол-4-карбоновая кислота, N-фениламид 3-амино-4-гидроксибензосульфокислоты, окислительная циклизация, органические лиганды

В настоящее время известно много соединений, люминесцирующих под действием активирующего излучения. Широкое применение в качестве органических люминофоров нашли соединения, содержащие бензазольные группировки. Среди бензазолов, содержащих в гетероцикле три ге-тероатома, наиболее широко применяются замещенные 2Н-бензотриазола [1]. УФ-абсорберы на основе 2-(2Н-бензотриазол-2-ил)фенола являются очень важным классом фотостабилизаторов. Их фотостабильность и способность к деградации энергии УФ облучения определяется наличием внутримолекулярной водородной связи (ВМВС) между орто-гидроксигруппой и атомом азота бензотриазола, и переносом протона при переходе молекулы в возбужденное состояние, признаком которого является аномально большая величина Стоксова сдвига. Замещенные 2-(2Н-бензотриазол-2-ил)фенола являются также органическими ли-гандами и образуют комплексные соединения с различными катионами металлов [2]. Комплексы сохраняют свойства УФ абсорберов.

Обнаружено, что присутствие карбоксильной группы в производных 2-(2-гидроксифенил)-2Н-бензотриазол-4-карбоновой кислоты усиливает комплексообразующие свойства и позволяет образовывать довольно устойчивые медные комплексы. Такой комплекс не удается полностью разрушить даже при кипячении в растворе гидро-ксида натрия. На устойчивость комплексов сильно влияет как структура органического лиганда, так и центральный атом металла. Как правило, образование наиболее устойчивых комплексов влечет за собой характерные изменения физико-химических свойств соединения. Это явление лежит в основе механизма функционирования оптических сенсоров [3]. Особенный интерес при разработке потенциальных сенсоров в ряду 2-(2-гидроксифе-

нил)-2Н-бензотриазол-4-карбоновой кислоты представляет влияние на потенциальные сенсорные свойства электроноакцепторного заместителя в «-положении к гидроксигруппе фенильного фрагмента этих соединений. В отличие от нитро-группы, сульфамидная группа также, обладая элек-троноакцепторными свойствами, не вызывает при этом тушения люминесценции соединения [4, 5].

Синтез целевых соединений, содержащих сульфамидную группу (12) и (13), был осуществлен по следующей схеме: С1 С1

PCL

'NO2 Ph-NH

POCl,

Cl

^NO,

2 NaOH

(3)

(2)

l

OH

[I

SO2NHPh

NO2 n^S2O4, (4) '

OH

NH NaNO

SO2NHPh

+ -N+N

NaOH Cl

r

(5)

HCl

NH

(10)

COOH

(9) pH = 6

SO2NHPh

SO2NHPh

Cl

COOH II (11)

Cl

OH

CuSO45H„O

HO SO2NHPh

"N

COOH (12)

Ac2O CH3COOH

SO NHPh

HO

Ac Cl ho

>=\

COOH (13)

SO NHPh

2

O

NH OH

В качестве исходного соединения использовали натриевую соль о-нитрохлорбензол-и-сульфокислоты (1). Для получения сульфохлорида (2) исходное соединение нагревали с пентахлори-дом фосфора, при этом с целью предотвращения перегрева реакционной массы реакцию проводили в среде хлорокиси фосфора при температуре кипения. Сульфохлорид выделяли выливанием реакционной массы на лед и после разложения хло-рокиси фосфора отфильтровывали. Для получения ^фенилсульфамида (3) к спиртовому раствору соединения (2) прибавляли небольшой избыток анилина и перемешивали полученную смесь при нагревании [6]. Кипячением полученного соединения (3) с раствором едкого натра удалось получить соответствующее о-гидроксинитросоеди-нение (4), восстановлением которого дитионитом натрия был синтезирован ^фениламид 3-амино-4-гидроксибензосульфокислоты (5), необходимый для получения замещенных 6-амино-7-хлор-2-(2-гидроксифенил)-2Н-бензотриазол-4-карбоновой кислоты с сульфамидной группой. С1 С1

'2 nh4oh

so2ci

2 NaOH

so2nh2

NH„

so2nh2

so2nh2

По указанному способу нами был также получен амид 3-амино-4-гидроксибензосульфо-кислоты (8), но в связи с трудностями его выделения, а также низким выходом, дальнейших превращений с этим соединением не осуществлялось.

Для получения азокрасителя (11) о-амино-гидроксисоединение (5) диазотировали в среде разбавленной хлороводородной кислоты при температуре не выше 5°С с целью предотвращения гидролиза сульфамида. Полученный хинондиазид (9) сочетали с 3,5-диамино-4-хлорбензойной кислотой (10) в слабокислой среде при значении рН 6 в присутствии ацетата натрия. Окислительная циклизация соединения (11) осуществлялась его нагреванием с медным купоросом в среде водного раствора аммиака, при этом образуется комплекс азокрасителя (11) с катионом меди (II), в котором происходит замыкание бензотриазольно-го цикла под действием окислительных свойств вышеуказанного катиона. Для получения 6-амино-2-(5 -анилинсульфонил-2 -гидрокси) -7-хлор -2Н-бензотри-азол-4-карбоновой кислоты (12) медный комплекс разрушали кипячением в водном рас-

творе щелочи и сульфида натрия. Очистку данного соединения проводили перекристаллизацией из этилацетата. Ацилированием соединения (12) уксусным ангидридом в среде уксусной кислоты было получено соответствующее N-ацетильное производное (13). Данные ИК и :Н-ЯМР спектров показали, что в ходе данной реакции протекало только N-аци-лирование соединения (12) с сохранением гидроксигруппы в фенильном радикале. Полученные соединения были охарактеризованы температурами плавления, данными элементного анализа, а также LC/MS, ИК, ЯМР :Н и электронных спектров.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Контроль реакции и индивидуальности получаемых соединений осуществляли с помощью ТСХ на пластинах Sorbfil (силикагель СТХ-1А, УФ-254). Инфракрасные спектры поглощения твердых соединений регистрировали на спектрометре «Specord M80» в вазелиновом масле. Электронные спектры поглощения записаны на спектрофотометре «Specord M400» в этаноле. Измерения температуры плавления полученных веществ проводили на приборе для определения температуры плавления ПТП-М. Спектры ЯМР зарегистрированы на приборе «Bruker AM-300», с рабочей частотой 300 МГц, в ДМСО-16, внутренний стандарт ТМС. Спектры LC/MS получены на спектрометре Surveyor MSQ, жидкостную хроматографию проводили на колонке «Phenomenex Onyx Monolithic C18» 25х4.6 мм, в качестве подвижной фазы применяли элюент (0.1% раствор муравьиной кислоты в ацетонитриле), скорость выхода из колонки - 1.5 мл/мин, метод ионизации -APCI. Элементный анализ выполнен на приборе Vario Micro Cube Elementar CHNS, Тсожж = 1150°С, Твосст = 850°С, режим Graphite 120 sec.

Натриевая соль о-нитрохлорбензол-я-сульфокислоты (1). К водному раствору о-нитро-хлорбензол-и-сульфокислоты прибавляли раствор Na2CO3 до pH 7. Натриевую соль (1) выделяли высаливанием поваренной солью. Сушили до постоянной массы при 70°С.

Хлорангидрид о-нитрохлорбензол-я-суль-фокислоты (2). К смеси 45.70 г (176 ммоль) натриевой соли о-нитрохлорбензол-и-сульфокис-лоты (1) и 52.06 г (250 ммоль) пентахлорида фосфора приливали 65 мл хлорокиси фосфора. Реакционную массу кипятили 10 ч и выливали на лед. Образовавшийся желтоватый осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили под вакуумом. Получали сульфохлорид (2) с выходом 74%. Т. пл. = 36 - 38 °С (40-41°С [7]). ИК спектр: v, см-1: 1350, 1530 (NO2); 1180, 1375 (0=S=0).

Синтез N-фениламида о-нитрохлорбен-зол-я-сульфокислоты (3). К смеси 33.30 г (130 ммоль) хлорангидрида (2) и 200 мл этанола, нагретой до кипения, прибавляли 13 мл (143 ммоль) анилина. Реакционную массу перемешивали 2 ч, затем охлаждали и разбавляли 150 мл 1% HCl. Образовавшийся осадок отфильтровывали, пере-кристаллизовывали из воды и сушили в эксикаторе под вакуумом. Получали сульфамид (3) в виде белого твердого вещества с выходом 55%. Т.пл. = 82-84 °С (85 °С [8]). ИК спектр: v, см-1: 1350, 1535 (NO2); 1180, 1375 (0=S=0); 3255 (NH).

Синтез амида о-нитрохлорбензол-я-суль-фокислоты (6). В смесь 50 мл 25% водного NH3 и 15 мл этанола охлажденную до 10°С порциями вносили 4.00 г (15.6 ммоль) хлорангидрида (2). Реакционную массу охлаждали до 0°С, прибавляли 3.5 г льда, подкисляли охлажденной конц. HCl до рН 2 и выдерживали в холодильнике 15 часов. Выпавший осадок отфильтровывали, перекри-сталлизовывали из воды и сушили в эксикаторе под вакуумом. Получали сульфамид (3) в виде белого твердого вещества с выходом 69%. Т.пл. = = 176-178 °С (175-176 °С [7]). ИК спектр: v, см-1: 1350, 1550 (NO2); 1180, 1375 (0=S=0); 3280, 3345 (NH2). ЭСП: ^max, нм (s): 294 (1030).

Синтез N-фениламида 4-гидрокси-3-нит-робензосульфокислоты (4). К суспензии 2.35 г (7.5 ммоль) N-фениламида о-нитрохлорбензол-и-сульфокислоты (3) в 60 мл воды приливали раствор 1.80 г (45 ммоль) NaOH в 15 мл воды. Полученную смесь выдерживали 2 часа при кипении, затем охлаждали и подкисляли 10% HCl до рН 5. Образовавшийся осадок отфильтровывали, пере-кристаллизовывали из воды и сушили под вакуумом. Получали о-гидроксинитросоединение (4) в виде твердого желтого вещества с выходом 91%. Т.пл. = 144-146°С. ИК спектр: v, см-1: 1350,1560 (NO2); 1180, 1375 (0=S=0); 3250 (NH). ЭСП: ^ax, нм (s): 396 (1740). Элементный анализ: Q2H10N2O5S. Найдено, %: C 49.16; H 3.40; N 9.46; S 10.96. Вычислено, %: C 48.98; H 3.43; N 9.52; S 10.90.

Синтез амида 4-гидрокси-3-нитробензо-сульфокислоты (7). Получали по аналогичной методике из соединения (6). Твердое вещество желтого цвета. Выход 89 %. Т.пл. = 201-203°С (203-204°C [9]). ИК спектр: v, см-1: 1350,1550 (NO2); 1180, 1375 (0=S=0); 3290, 3355 (NH2). ЭСП: ^max, нм (s): 400 (1350).

Синтез N-фениламида 3-амино-4-гид-роксибензосульфокислоты (5). К 1.76 г (6 ммоль) N-фениламида 4-гидрокси-3 -нитробензосульфо-кислоты (4) приливали раствор 3.60 г (90 ммоль) NaOH в 30 мл воды. Смесь нагревали до кипения и прибавляли по каплям раствор 6.45 г (37 ммоль) Na2S2O4 в 30 мл воды. Реакционную массу пере-

мешивали 2 часа, охлаждали и подкисляли 10% HCl до рН 7. Выпадавший осадок отфильтровывали, перекристаллизовывали из воды и сушили под вакуумом. Получали о-аминогидроксисоединение (5) в виде бежевого твердого вещества с выходом 87%. Т.пл. = 173-175 °С (172°C [10]). ИК спектр: v, см-1: 3230, 3300 (NH2); 3350 (NH); 1180, 1375 (0=S=0). ЭСП: ^max, нм (s): 300 (3660).

Синтез амида 3-амино-4-гидроксибензо-сульфокислоты (8). Получали по аналогичной методике из нитросоединения (7). Продукт выделяли экстракцией этилацетатом из реакционной массы. Твердое вещество бежевого цвета. Выход 42 %. Т.пл. = 200-202 °С (202°C [11]). ИК спектр: v, см-1: 1350,1560 (NO2); 3265, 3330 (NH2); 1180, 1375 (0=S=0). ЭСП: ^max, нм (s): 300 (2750).

Синтез 3,5-диамино-4-хлорбензойной кислоты (10). К раствору 29.10 г (120 ммоль) изобутилового эфира 3,5-диамино-4-хлорбензой-ной кислоты в 100 мл этанола, нагретому до кипения, прибавляли по каплям раствор 13.44 г (336 ммоль) NaOH в 90 мл воды. Полученную смесь выдерживали 1 ч, затем охлаждали и подкисляли конц. HCl до рН 7. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили при 50 °С. Получали продукт с выходом 91%. Т. пл. > >300 °С. ИК спектр: v, см-1: 3300, 3375 (NH2); 1695 (C=O). Спектр ЯМР 1Н: 5, м. д.: 6.67 (2H, с, H-2, H-6); 4.42 (4H, уш. с, 3-NH2, 5-NH2).

Синтез 3,5-диамино-2-(5-анилиносуль-фонил-2-гидроксифенилазо)-4-хлорбензойной кислоты (11). Раствор 6.87 г (26 ммоль) о-ами-ногидроксисоединения (5) в 100 мл воды и 7 мл конц. НС1 диазотировали раствором 1.86 г (27 ммоль) NaNO2 в 5 мл воды при температуре не выше 5° С 75 минут. Конец реакции определяли с помощью йодкрахмальной бумаги.

К раствору 4.85 г (26 ммоль) 3,5-диамино-4-хлорбензойной кислоты (10) в смеси 170 мл этанола и 170 мл воды прибавляли раствор хинон-диазида (9) в течение 15 минут и затем приливали концентрированный раствор ацетата натрия до значения рН 6. Реакционную массу выдерживали при комнатной температуре 3.5 ч. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили при 50°С. Получали азокраситель (11) в виде твердого вещества оранжевого цвета с выходом 81%. Т.пл. 236-240 °С (разл). ИК спектр: v, см-1: 3345, 3420 (NH2); 3290 (NH); 1690 (С=О); 1180, 1375 (O=S=O). ЭСП: ^max, нм (s): 464 (20080). Элементный анализ: C19H16ClN5O5S. Найдено, %: C 49.49; H 3.46; N 15.02; S 6.96. Вычислено, %: C 49.41; H 3.49; N 15.16; S 6.94.

Синтез 6-амино-2-(5-анилиносульфонил-2-гидроксифенил)-7-хлор-2#-бензотриазол-4-карбоновой кислоты (12). К нагретому до кипе-

ния раствору 6.00 г (13 ммоль) азосоединения (11) в смеси 45 мл изопропилового спирта и 100 мл 25% водного раствора аммиака при перемешивании прибавляли по каплям раствор аммиаката меди, полученного из 12.00 г (48 ммоль) медного купороса, 45 мл 25% водного раствора аммиака и 25 мл воды. Реакционную массу выдерживали 12 ч, затем охлаждали до комнатной температуры и подкисляли 10% HCl до рН 6. Выпавший осадок отфильтровывали и суспендировали в растворе 4.00 г (100 ммоль) NaOH в 850 мл воды. К полученной суспензии приливали раствор 21.6 г (90 ммоль) Na2S9H2O в 40 мл воды и перемешивали 1 ч при температуре 90 °С. Полученную смесь отфильтровывали, фильтрат охлаждали и подкисляли 10% HCl до рН 6. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили при 50 °С. После перекристаллизации из этилацета-та получали бензотриазол (12) в виде твердого вещества зеленоватого цвета с выходом 78%. Т. пл. 304-305 °С (разл.). ИК спектр: v, см-1: 3390, 3465 (NH2); 1670 (С=О); 1375, 1160 (O=S=O); 3270 (NH). ЭСП: ^max, нм (s): 396 (14280). Спектр ЯМР 1Н: 5, м. д., (J, Гц): 6.16 (2H, c, NH2); 7.27 (7Н, м, Н-3', 2'', 3'', 4'', 5'', 6'' и SO2NH); 7.69 (1H, д.д, J3-4=7.7, J4'6'=1.5, H-4'); 7.92 (1H, c, H-5); 8.28 (1H, д, J=1.5, H-6'); 10.18 (1H, c, OH). Элементный анализ: C19H14ClN5O5S. Найдено, %: C 49.57; H 3.09; N 15.15; S 6.96. Вычислено, %: C 49.62; H 3.07; N 15.23; S 6.97. Спектр LC/MS, мин, m/z: 0.78, 519/521 [M + H + H2O + CH3CN].

Синтез 6-ацетиламино-7-хлор-2-(5-ани-линосульфонил-2-гидроксифенил)-2#-бензотри-азол-4-карбоновой кислоты (13). К суспензии 1.83 г (4 ммоль) 6-амино-2-(2-гидроксифенил)-7-хлор-2Н-бензотриазол-4-карбоновой кислоты (12) в 100 мл ледяной уксусной кислоты прибавляли по каплям 6.00 мл (64 ммоль) уксусного ангидрида. Реакционную смесь выдерживали 2.5 ч при кипении, разбавляли 100 мл холодной воды и пе-

ремешивали еще 20 мин. Выпавший осадок отфильтровывали и сушили под вакуумом. После перекристаллизации из ацетона получали амид (13) в виде твердого вещества белого цвета с выходом 81%. Т. пл. 272-274 °С. ИК спектр: v, см-1: 3285 (NH); 1710 (С=О); 1160, 1375 (O=S=O). ЭСП: ^max, нм (s): 344 (l5190). Спектр ЯМР 1Н: 5, м. д., (J, Гц): 2.18 (3H, с, CH3), 7.29 (7H, м, H-3', 2'', 3'', 4'', 5'', 6'' и SO2NH), 7.77 (1H, д.д, J3,4'=7.7, J4',6'=1.5, H-4'), 8.18 (1H, д, J=1.5, H-6'), 10.23 (1H, c, NHCO), 8.45 (1H, c, H-5), 10.05 (c, 1H, OH). Э лементный анализ: C21H16ClN5O6S. Найдено, %: C 50.19; H 3.25; N 13.86; S 6.46. Вычислено, %: C 50.25; H 3.21; N 13.95; S 6.39.

ЛИТЕРАТУРА

1. Красовицкий Б.М., Болотин Б.М. Органические люминофоры. М.: Химия. 1984. 336 с.;

Krasovitsky B.M., Bolotin B.M. Organic Luminophores. M.: Khimiya. 1984. 336 p. (in Russian).

2. Carofiglio T., Solari E., Floriani C., Chiesi-Villa A., Rizzoli C. // Polyhedron. 1996. V. 15. N 24. Р. 4435-4440.

3. Скопенко В.В., Цивадзе А.Ю., Савранский Л.И., Гар-новский А.Д. Координационная химия. М.: ИКЦ «Академкнига». 2007. 487 с.;

Skopenko V.V., Tsivadze A.Yu., Savranskiy L.I., Garnovskiy A.D. Coordination chemistry. M.: IKTS «Akademkniga». 2007. 487 p. (in Russian).

4. Platt J. R. // J. Chem. Phys. 1949. V. 17. P. 484-495.

5. Platt J. R. // J. Chem. Phys. 1950. V. 18. P. 1168-1173.

6. Дорогов М.В., Козлова Т.М., Проскурина И.К., Сахаров В.Н. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. Вып. 12. С. 3-5;

Dorogov M.V., Kozlova T.M, Proskurina I.K., Sakharov V.N. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 12. P. 3-5 (in Russian).

7. Fischer P. // Chem. Ber. 1891. V. 24. N 2. P. 3185-3197.

8. Merian E. // Angew. Chem. 1960. V. 72. P. 766-770.

9. Kaiser E.T., Kwok-Wing Lo // J. Amer. Chem. Soc. 1969. V. 91. P. 4912-4918.

10. Williams R.T. // J. Chem. Soc. 1942. P. 708-709.

11. Kermack W.O., Spragg W.T., Tebrich W. // J. Chem. Soc. 1939. P. 608-610.

Кафедра технологии тонкого органического синтеза и химии красителей