Функционализированные азотсодержащие ароматические и гетероароматические соединения Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ЛИТЕРАТУРА

1. Europian Chemical News. 13-19.10.1997.

2. www.the-innovation-group.com. Chem. Profiles. Aniline.htm.

3. Hudlicky M. Reduction in Organic Chemistry, Chichester Ellis Horwood, 1984, 309 p.

4. Николаев Ю.Т., Якубсон A.M. Анилин. M.: Химия, 1984, 148 с.

5. Фасман А.Б., Сокольский Д.В. Структура и физико-

-

Наука КазССР, 1968.

6. Катализаторы гидрогенизации. Алма-Ата: Наука КазССР, 1975.

7.

мия и хим. технология, 1989, с. 43—47.

8.

—806.

9.

органического синтеза. Практическое использование переходных металлов. Пер. с англ. М.: Химия, 1989, 400 с.

10. Johnstone R.A., Wilby A.H., Entwistle I.D. Chem. Rev., 1985, p. 129— 170.

11.

—777.

12. . -

Наука КазССР, 1975, с. 7—20.

13. -нов И.А. Хим. пром-сть, 1999, № 8, с. 44—48.

14.

—506.

15.

кинетики и катализа: Межвузовский сб., 1978, с. 38—44.

16. Janssen H.J., Kruithof A.J., Steghuis G.J, Wasterterp K.R. Ind. Eng. Chem. Res., 1990, v. 29, p. 754—766.

17. Neri G., Musolino M.G., Rotondo E., Galgagno S. J. Mol. Catal. A, 111, 1996, p. 257—260.

УДК 547.527.68

18.

восстановления и гидрирования нитросоединений. Пре-

985,

79 с.

19.

—652.

20. 21.

Комаров А.А. Химическая промышленность сегодня, 2005, №3, с. 14—18.

22. Козлов А.И., Збарский В.Л., Ильин А.С., Маркин А.А. Там же, 2005, с. 18—21.

23.

Там же, 2005, № 2, с. 42—51.

24. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004, 679 с.

25.

-

химической технологии». Ч. 3. М.:РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2005, с. 39—43.

26. -им. Д.И. Менделеева), 2000, т. 44, № 2, с. 90—98.

27. Aniline production. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Syxth Edition, 2002 Electronic Release.

28.

29.

30. Aniline the builder Europian Chem. News, 1-7.03.2004.

31.

ные. M.: Эдиториал УРСС, 2000, 272 с.

32.

33.

34.

35.

Функционализированные азотсодержащие ароматические и гетероароматические соединения

В. Ю. Орлов, А. Д. Котов, В. В. Ганжа, А. И. Русаков

ВЛАДИМИР ЮРЬЕВИЧ ОРЛОВ— доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой общей и биоорганической химии Ярославского государственного университета им П.Г. Демидова. Область научных

интересов: закономерности органических реакций ароматическое нуклеофильное замещение.

—

ской химии Ярославского государственного университета им П. Г. Демидова. Область научных интересов:

закономерности реакций ароматического нуклеофильного замещения водороду гетероциклические соединения

—

биоорганической химии Ярославского государственного университета им П.Г. Демидова. Область научных интересов: закономерности реакций ароматического нуклеофильного замещения водороду свойства гетероциклических соединений.

—

венного университета им. П.Г. Демидова. Область научных интересов: квантовохимическое моделирование, реакционная способность ароматических соединений

150000 Ярославль, ул. Советская, 14, Ярославский государственный университет им П.Г. Демидова, E-mail [email protected]

Функционализированные азотсодержащие аромата ческие и гетероароматические соединения находят щи-менение в производстве лекарств, в качестве полупродуктов для красителей и полимерных материалов, тер-мотропных жидких кристаллов, стабилизаторов и модификаторов свойств полимерных композиций, каучу-ков, резины и т.д.

Наличие азотсодержащих функциональных групп в карбо- и гетероароматических системах открывает широкие возможности для модификации структур с использованием достаточно традиционных и нетривиальных подходов. При этом азотсодержащие функции могут выступать как активаторы процесса преобразования молекулярного объекта, так и непосредственно участвовать в нем. Например, нитрогруппа в ароматическом ядре, оказывая активирующее действие, позволяет проводить реакции ароматического нуклеофильного замещения различных нуклеофугов, в том числе и водорода. Кроме того, возможны различные превращения по нитрогруппе, в первую очередь, ее восстановление [1].

С участием авторов настоящего обзора были проведены исследования, ориентированные на получение азотсодержащих полифункциональных ароматических веществ на основе преимущественно нитросоединений.

Синтез полиядерных ароматических соединений с оксидными мостиковыми звеньями (полупродуктов при

получении полимерных материалов) основан на взаимо-

(феноксидами, бисфеноксидами и фенолами в присутствии депротонирующего агента) в апротонных биполярных растворителях. Несомненная практическая ценность целевых продуктов и интерес к теоретическим сторонам самого процесса (реакции нуклеофильного ароматического замещения) привели к появлению ряда работ, посвященных закономерностям этой реакции [2—4]. Однако ряд аспектов этой проблемы, касающихся применения реакции нуклеофильного ароматического замещения в качестве эффективного инструмента органического синтеза и, в частности, получения полиядерных ароматических соединений с оксидными мостиковыми звеньями был раскрыт далеко не полностью. В рамках данной проблемы нами проведен цикл кинетических исследований, направленных на установление закономерностей взаимодействия нитрогалогенбензолов с феноксидами [5, 6] (схема 1).

N

^ II

R

O

где R = NH2, CH3, H, Cl, Br, NO2. Схема 1

Изучено влияние природы заместителя в феноксидах на скорость реакции. Нуклеофильность замещенных феноксидов усиливается с ростом их основности (соотношение Бpëнcтeдa) и соответственно реакционная способность феноксидов с заместителем Я снижается в ряду: 3-]Ж2 > 3-СИ3 > И > 4-С1, 4-Вг > 3-Ш2.

Для синтеза многоядерных ароматических соединений, содержащих оксидные мостиковые группы, ис-

—

акционными центрами. В качестве объекта кинетических исследований была выбрана реакция резорцината - 2).

КО

O

O

Схема 2

При интерпретации кинетических данных реакции замещенных феноксидов с 4-нитрохлорбензолом был использован метод индексов реакционной способности Ло-

-

феноксидами и, в частности, с резорцинатом калия коррелируют (г = 0,978) с индексом реакционной способности по Ютопману, учитывающим только орбитальное взаимодействие. В случае реакции с дианионом резорцината скорость

реакции явно выпадает из корреляции, что свидетельствует, -

нуклеофила к двухзарядному изменяется лимитирующая стадия процесса. Принимая во внимание то обстоятельство,

что дианион резорцината имеет высоколежащую ВЗМО, -

малию можно интерпретировать в рамках концепции одно-электронного переноса (вероятность переноса электрона как скоростьопределяющей стадии реакции нуклеофильного ароматического замещения тем выше, чем меньше разница в энергиях граничных орбиталей реагентов). Сделанное предположение было подтверждено данными ЭПР (зарегистрированные сигналы с высокой степенью достоверности свидетельствуют об образовании радикальных частиц).

На практике (в том числе в технологических целях) синтез нитроариловых эфиров осуществляют главным образом, генерируя феноксиды in situ из соответствующих фенолов и депротонирующих агентов, среди которых наиболее распространенным является карбонат калия [7] (схема 3). Следует отметить, что поскольку карбонат калия практически нерастворим в диметилацетамиде, нами были определены параметры процесса, обеспечивающие проведение реакции в кинетической области, в которой конверсия реагентов не зависит от степени перемешивания (w), мольного соотношения К2С03 и

О

где Я = :ЫИ2, СИ3, И, С1, Вг, Ш2. Схема 3

фенола (п) и диаметра зерна карбоната калия (ё). Необходимыми условиями для протекания реакции в кинетгь ческой области являются: п = 5, ё < 0,25 мм, w > 1000 об/мин.

По реакционной способности в зависимости от природы заместителя (Я) фенолы располагаются в ряд 3-Ш2 > 4-С1 > Н > 4-Вг > 3-СИ3 >3-ЫИ2, симбатный кислотности фенолов. Действительно, скорость данной реакции удовлетворительно коррелирует с рКа фенолов (г = 0,983).

Сравнение рядов реакционной способности фенолов

23

-

зывает, что они полностью инвертированы друг к другу.

Дискуссионным является вопрос о роли и форме

—

гается механизм, согласно которому фенол адсорбиру-

23

различной структуры. Для рассмотренной нами системы на основании результатов кинетических исследований и квантовохимического моделирования реакции, представленной на схеме 3, можно предположить стадии синтеза диариловых эфиров в присутствии карбоната 4).

И

+С1 К

.о

N

+ КИСО3 (а) К

(б)

О

О

О

N..

О

+ КС1

2КИСО3-- К2СО3 + И2О + со2

Схема 4

(в)

Стадия (а) — лимитирующая, представляет собой гетерогенный процесс, который определяется реакцией депротонирования (обмен катионов К+ кристалла К2С03

и Н+ гидроксильной группы фенола), протекающей на поверхности карбоната калия. Скорость реакции возрастает с увеличением кислотности фенолов. Образующие-

в гомогенных условиях (стадия б). Гидрокарбонат ка,

(140 °С) разлагается (стадия в). Эти реакции описываются кинетическими закономерностями 5^г-типа и относятся к орбитально контролируемым. Следует отметить, что если энергия ВЗМО реагента близка к энергии НВМО субстрата, как в случае резорцината калия, -

протекать с их участием.

Замещение атомов галогена в неактивированных ароматических системах исследовано на примере реакции бромбензола с замещенными фенолами в присутствии карбоната калия и комплексного катализатора (хлорид меди(1)—8-оксихинолин) [13, 14] (схема 5).

К2СО3

кат.

О

где Я = :ЫИ2, СИ3, И, С1, Вг, Ш2. Схема 5

По реакционной способности замещенные фенолы

- 2 > 4-СИ3 >

4- 2

с замещенными фенолами изменяется симбатно нук-леофильности соответствующих фенолятов. Значения логарифмов констант скоростей реакции бромбензола с замещенными фенолами коррелируют с индексом реакционной способности по Клопману, учитывающим как орбитальное, так и зарядовое взаимодействие реакционных центров.

-

ными фенолами можно представить подобно взаимо-—

—

ное замещение. Эти стадии в процессе взаимодействия бромбензола с замещенными фенолами в изученных условиях в зависимости от природы заместителя могут конкурировать между собой в качестве лимитирующей. Если лимитирующей стадией является нуклеофильное замещение, то контролирующим фактором служит структура ВЗМО феноксида, если же скорость определяется депротонированием фенолов, то контролирующим фактором является показатель рКа.

С целью изучения каталитической активации в ароматическом нуклеофильном замещении проведена

оценка эффективности медьорганических комплексов в -

результатов квантовохимического моделирования и экспериментально полученных кинетических данных

Я

процесса (с участием различных каталитических систем) позволяет предположить, что основной фактор активации субстрата медьорганическими катализаторами заключается в понижении НВМО комплекса катализатора с субстратом и увеличении в нее вклада реакционного центра субстрата при сохранении значения ВЗМО реагента, т.е. в уменьшении энергетической щели между НВМО субстрата и ВЗМО реагента. Отмеченная закономерность позволяет проводить отбор реагентов и катализаторов для целенаправленного синтеза замещенных полиядерных эфиров.

Отметим подходы к синтезу такого достаточно известного и востребованного ароматического эфира, как 4,4'-динитродифенилоксид (он служит полупродуктом для получения мономеров для поликонденсационных

полимерных материалов). Значительное количество

-нитробензола с нитритами щелочных металлов в присутствии карбонатов (схема 6).

т,

№К02, К2С03 ДМФА/140 °С

С1

0^

Схема 6

N0.

Нитриты вводятся в реакцию в количествах значительно меньше стехиометрических, а карбонаты играют

-

жительность реакции 5—7 ч. В ходе процесса образуется ряд побочных продуктов. Нами отмечено, что после

4—5 ч протекания реакции наблюдается накопление

--

—

продуктах для мономеров. С целью сокращения времени реакции был предложен комплексный катализатор (тетраалкиламмонийгалогенид и галогенид меди(1)) [17]. В присутствии этого катализатора процесс в тех же условиях протекает в течение 2—3 ч (выход 4,4'-динитро-дифенилоксида более 90%) без накопления нежелательных примесей, что, естественно, повышает технологичность синтеза.

В целях расширения круга реагентов (в том числе и мономеров) была рассмотрена возможность осуществления указанного процесса для полизамещен-ных галогеннитробензолов. Установлено, что реакция 1Ч-(2-хлор-5-нитро-фенил)формамида с нитритом натрия в аналогичных условиях протекает по

N0,

К

Я'

^ЫНСНО ^ЫНСНО

ЫНСН0

+ №N0,

С1

С1 СН0 С1

N0,,

№0„

Схема 7

другому направлению, и из реакционной системы выделяется 1Ч,1Ч-бис(2-хлор-5-нитрофенил)формамид с выхо-7).

Структура выделенного соединения определена по

-

Взаимодействие галогеннитробензолов с С-нуклео-филами позволяет получать еще более широкую гамму ценных продуктов, в том числе с мостиковыми группами различной природы [19]. При этом появляется возможность управления строением целевых соединений

путем простой смены реакционных условий. Так, нами

-положениях к нитрогруппе осуществляется при прове--

арилацетонитрилами в системе диметилсульфок-

сид/КОН (схема 8). При этом, если замещаемый галоген -

но происходит преобразование цианометанового мост№ кового фрагмента в карбонильный.

В реакционной среде спирт/КОН (избыток) осуществляется исключительно нуклеофильное замещение водорода ароматического кольца карбанионами арилаце-тонитрилов, и не происходит замещение галогена Данный метод отличается высокой селективностью, несмотря на наличие большого числа потенциальных реакционных центров (все атомы углерода бензольного

кольца, связанные с водородом и галогеном). В случае -

нуклеофильное замещение водорода исключительно в

СМ

N0 0

0Ме

0Ме

0Ме

К' 0Ме

где Я = Н, Г = С1; Я = С1, К = Н.

2

-

4-

-

--

жением в среде спирта и при избытке гидроксида калия [22]. В результате реакции образуются монооксимы арилцианометиленхинона с выходами 67—80%, являющиеся ценными полупродуктами в органическом синтезе (схема 9).

X

Х= Н, С1; Дг = РИ, 2-(ОСНз)СбН4, 1-нафтил; А1к = Е1, «зо-Би.

Схема 9

Особенностью данной реакции является образование стереоизомерных форм арилцианометиленхинон-

монооксимов, что было доказано по спектрам ЯМР :Н. Соотношение форм Е и 1 зависит от наличия заместителей в хиноидном и ароматическом ядрах. Синтезированные соединения подвергали дальнейшему модифгь цированию, в частности, алкилированию в условиях реакции Вильямсона в модификации Клайзена Получаемые конечные вещества представляют собой исклю--

--

вания не происходит. Также следует отметить, что при использовании в качестве алкилирующего агента изо-пропилиодида вместо реакции алкилирования неож№ данно происходит регенерация карбонильной функции.

Как уже упоминалось выше, при взаимодействии -

среде спирта и при избытке гидроксида щелочного ме-

-

положения к нитрогруппе. В [23] описано взаимодейст--

ноле при избытке гидроксида калия, приводящее к образованию 5-хлор-3-фенил-2,1-бензизоксазола (схема 10).

Эта реакция нуклеофильного замещения водорода

сопровождается циклизацией с участием нитрогруппы.

--

—

тонкого органического синтеза, полупродуктов в производстве мономеров и биологически активных веществ (транквилизаторов малой группы).

Для выяснения механизма реакции ароматического нуклеофильного замещения водорода и определения

возможности ее применения в синтезе ценного класса

-

—

28]. Полученные результаты свидетельствуют о проте-

-

двум альтернативным путям. Сходство обоих направлений в скоростьопределяющей стадии (образование ^-комплекса), в зависимости скорости от концентрации реагирующих веществ, природы растворителя и заместителя в субстрате позволяет считать, что различия между путями реакции связаны с образованием ан-комплексов разной стереоизомерной структуры.

На основании данных кинетических исследований и квантовохимического моделирования нами сделано предположение о следующем механизме реакции между 4-

кающей в спирте при избытке гидроксида натрия. Основным стадиям данного процесса предшествуют очень быстро устанавливаемые равновесия с участием гидроксида натрия:

РИСН^ + №0Н РИСНС^ + + Н20

С2Н50Н + №0Н С2Н50- + №+ + Н20

РИСНС^ + №0Н

РИСС^- + №+ + Н20

На следующей стадии, определяющей скорость всего процесса, образуются изомерные ^-комплексы, причем реакции протекают с различными активационными барьерами (схема 11).

N0

N02

0-

V

Н РИ р 0-

V

N0.

С1

С'

НС

К0Н С1 СН30Н

Схема 11

Затем осуществляются быстрые превращения ан-

12).

Полученные кинетические закономерности позволили распространить изучаемый тип взаимодействий на более широкий ряд нитросубстратов и арилацетонитр»-13).

+

+

ГЛ

CN O-Схема12

N

/

C

no2 + h2C

Ar

NaOH

R'OH

O

Ar

где R = Cl, Br, I, COOH, CONH2

Hf-

\ _ h2C'Oc_ /CH ' H2^-cC\CH ' \\ '/

'/ w

=J \

Ar = Ph, 3-CIC6H4, 4-CIC6H4, 2-CH3C6H4, 4-CH3C6H4, 2-CH3OC6H4, 4-CH3OC6H4, 3,4-(CH3O)2CeH3, 2-CH3SC6H4, 3,4-(Cl)2CeH3, 3,4-(C2HsO)2C6H3, 1-нафтил, 2-тиенил.

Для несимметричных нитроароматических соединений реакция нуклеофильного замещения водорода протекает региоспецифично. Так, из 1,2-дихлор-4-нитро-бензола образуются антранилы исключительно линейного строения (данные спектроскопии ЯМР 1Н) (схе-14).

Схема13

X.

O +

С'

-N

O

N

I

O-

H2C 2|

Ar

NaOH. ROH '

^"CN NaOH

JU +H:C

Ar

ROH

XX/'

Cl

O Ar

Ar

где Аг = РЬ, 4-С1СбИ4, 2-СИ3ОС6И4, 4-СИ3ОС6И4, 3,4-(СИ3О)2СбИ3, 3,4-(С2И5О)2СбИ3.

Схема 14

В то же время взаимодействие 3-нитродибензо--

-

1

подход делает возможным получение конденсировав довый фактор из числа существенно влияющих на на-ных ароматических систем, содержащих несколько правление нуклеофильной атаки [32].

с—

где X = H, н-с-о' \

2 O CH3

Ar = Ph, 4-ClC6H4, 2-CH3OC6H4, 3,4-(CH3O)2C6H3, 3,4-(C2H5O)2C6H3, 1-нафтил.

Схема 15

региоспецифичность структурой низшей свободной

15).

Сопоставление экспериментальных данных и результатов квантовохимических расчетов в рамках полуэмпирического метода (AMI) позволяет объяснить данную

-

нитроарены реагируют с арилацетонитрилами в спиртовом растворе избытка гидроксида натрия с образована

16).

R

R

о

нс

о

о

нс

O

II

O

N+' I

O-

O

Ar

Ar CH2 \ 2 C \\\ N

Ar

где Ar = Ph, 3-ClC6H4, 4-CH3C6H4, 2-CH3OC6H4, 4-CH3OC6H4, 3,4-(CH3O)2C6H3

X = простая связь, O, S, CH2, -C=C-, -CH=CH-, >C=O, -S-S-,

— O^^.O

>C=CCl,, )>—, FN

n —n

Jl «

S'

Схема 16

На основании проведенных исследований сформулированы основные требования к структуре нитросуб--

а) необходимо наличие заместителя в пара- положении к нитрогруппе;

б) нитросоединение не должно проявлять свойств СИ-, NH- или ОН-кислот в условиях реакции;

в) заместитель не должен быть очень активным нук-леофугом в реакции;

г) заместитель не должен создавать дополнительных реакционных центров.

Показано, что от строения реагента (арилацетонит-рилов) сильно зависит ход реакции. Так, введение многих заместителей в ароматическое ядро фенилацетонит-рила приводит к снижению выхода целевых веществ, что связано с протеканием параллельных процессов

образования побочных продуктов [35]. Следует под-

с фенилацетонитрилом не наблюдается формирования каких-либо веществ, помимо 5-хлор-3-фенил-2,1-бенз-изоксазола.

Кинетические исследования, проведенные на модельных соединениях, позволили сделать обоснованное предположение о лимитирующей стадии процесса, которой является образование ^-комплекса. В случае введения в реакцию замещенных фенилацетонитрилов может происходить выравнивание скоростей отдельных стадий или смещение лимитирующей стадии. Это и выражается в снижении выхода целевых антранилов, в образовании смолообразных примесей, а также в формировании побочных (минорных) продуктов. Снижение

выхода антранилов особенно заметно при использова--

Введение двух даже небольших по объему замести-

ацетонитрильной группе приводит к полному ингибиро-

--

6-фторфенилацетонитрила с 4-галогеннитробензолами был получен продукт нуклеофильного замещения галогена (схема 17).

NO,

N

+

NO.

где R = CI. Br.

Схема 17

Результаты квантовохимического моделирования (метод AMI) а11 -комплекса (продукта присоединения нуклеофила к атому углерода ароматического ядра, связанного с водородом) и аШб-комплекса (продукта присоединения нуклеофила к атому углерода аромата ческого ядра, связанного с галогеном) свидетельствуют, что данные интермедиа™ незначительно различаются по энергетическим характеристикам (АЩан) = -21,99 ккал/моль, АЩаа) = -21,23 ккал/моль), поэтому причина протекания реакции замещения галогена, а не водорода заключается в значительных затруднениях, которые возникают при дальнейших превращениях а-

При использования арилацетонитрилов, содержащих

--

фторметильная), наблюдается резкое снижение скорости основной реакции и преобладание побочных про--

трифторметилфенилацетонитрила не удалось выделить из реакционной массы целевые соединения.

Для создания более полного представления о механизме исследуемого процесса необходимо выделение побочных продуктов и изучение их структуры. Наравне с изучением кинетических закономерностей, одним из классических методов выяснения пути многостадийных взаимодействий является выделение в индивидуальном состоянии и установление строения минорных продуктов. Данные вещества свидетельствуют о наличии в реакционной системе ключевых интермедиатов, от которых берут начало побочные процессы. Сравнительный анализ минорных продуктов (классификация, установление изменений соотношения основной/минорный продукты в зависимости от условий реакции) особенно незаменим при изучении влияния структуры исходных веществ на протекание процесса О присутствии в реакционной массе подобного интермедиата свидетельствует то, что реакция галогеннитробензолов с метоксифе-нилацетонитрилами завершается образованием смеси веществ [36] (схема 18).

Основными продуктами реакции являются соответ--

замещенные бензойные кислоты и соединения ряда 9-циано-10-акридин-^оксида.

+

F

R

X

N0,

X

Я

С00Н

К

+

К

Я'

К

где Я = 0СН3, К = Н, Я = Я' = 0СН3; X = С1, Бг, I. Схема 18

Еще одним примером, свидетельствующим в пользу существования гипотетического ключевого интермедиа

та, а также показывающим его высокую лабильность,

--

-

два продукта приблизительно в равном соотношении [22] (схема 19).

/

сы

Г с*

>

т

1 С1 1 С1

С1

+ С1-

N..

шо-РЮН

Схема 19

X

X

Таким образом, результаты изучения продуктов взаимодействия нитроаренов с арилацетонитрилами свидетельствуют о том, что структура последних оказывает значительное влияние на протекание процесса В некоторых случаях оно настолько ярко выражено, что

минорные продукты присутствуют в реакционной массе

-

4-

дия является скоростьлимитирующей, и дальнейшие превращения происходят очень быстро. При использовании других арилацетонитрилов картина меняется.

Строение выделенных минорных продуктов с очевидностью указывает на протекание еще одной медленной стадии, отправной точкой которой, судя по всему,

-

-

ответвлений, параллельных основному пути, что связано с возможностью пребывания ключевого интермедиа

20).

Данное предположение подтверждается тем фактом,

--

ЯМР :Н спектроскопии установлено наличие стерео-

0-

// Х^0-

у/

Я Я

0-

.и

хг

Я

X'

Я

Я'

CN

+

+

X=OAlk, OH

R

R

Схема 21

изомерии, причем введение заместителей в орто-положение к оксимной функции оказывает существен

ное влияние на соотношение стереоформ. Таким обра-

-

чем одной стереоизомерной структуры.

Нами проведено комплексное исследование строения и свойств производных 3-арил-2,1-бензизоксазолов

методами ЯМР 1Н, ИК, УФ спектроскопии, полярогра--

графии [28, 38—42]. Характер поведения синтезированных веществ под электронным ударом позволяет в oit ределенной степени предсказывать их реакционную

способность. На основании изучения процессов фраг-

-

можно сделать заключение о том, что фрагментация молекулярных ионов антранилов происходит через стадию трансформации в акридиноны [43] (схема 21).

Трансформацию исследованных антранилов в акридиноны следует ожидать в случае химических превращений. Данный аспект особенно интересен, поскольку производные акридинона находят применение в фармацевтической промышленности, а также в производстве акридиновых красителей. Разработка удобных одностадийных методов получения производных акридинона и увеличение спектра данных веществ позволяет расшгь рить базу для поиска перспективных полупродуктов. Одним из способов синтеза этих соединений является взаимодействие 5^-3-арил-2,1-бензизоксазолов с нитритом натрия в среде концентрированной серной кисло-22).

Дальнейшая функционализация базовой структуры может быть осуществлена введением нитрогруп-

пы с последующим ее восстановлением и проведением различных реакций по аминогруппе. Этот путь осуществлен нами при взаимодействии 2-хлор-9,10--9-

кислотой в среде хлороформа. При этом было обнаружено, что в данных реакционных условиях происходит одностадийное формирование такого же нит-ропроизводного акридинона из 5-хлор-3-фенил-2,1-бензизоксазола [44]. Таким образом, имеет место трансформация гетероциклической системы с одновременным введением нитрогруппы. Следует отметить, что при взаимодействии 5-хлор-3-фенил-2,1-

кислоты трансформация не происходит, а формируется динитропроизводное 5-хлор-3-фенил-2,1-бенз-22).

ы ™ N-0

no2

22

На основании проведенных экспериментов нами установлено, что 5-хлор-3-(2'-адкоксифенил)-2,1-бенз-изоксазолы претерпевают в системе пропанол-2/К0Н

о

при температуре кипения превращение в один и тот же продукт — 2-хлор-9,10-дигидро-9-акридинон (схема 23).

N

О

ОА1к

изо-РгОЫ/КОЫ

О

где А1к = Ме, Б1, юо-Рго, н-Би.

Схема 23

Строение полученного соединения установлено методами ЯМР :Н, ИК спектроскопии, масс-спектрометрии и на основании данных элементного анализа

Преобразование 5-хлор-3-(2'-адкоксифенил)-2,1-

бензизоксазолов в акридинон происходит и при их к№

-

отсутствие гидроксида калия формирования акридино-нов не наблюдается. Контрольными опытами показано,

что длина углеводородного радикала алкоксигруппы не

—

щиеся друг от друга только вышеуказанным фрагме»-том (Ме, Е1, юо-Рго, н-Ви), образуют один и тот же конечный продукт перегруппировки. В использованных реакционных условиях 5-хлор-3-фенилантранил и 5-

хлор-3-арил-2,1-бензизоксазолы, содержащие алкокси--та, не подвергаются перегруппировке в соответствующие акридиноны. Данные факты свидетельствуют о -

мента в перегруппировке. Необходимо также отметить, что поведение под электронным ударом 3-(2'-Я-фе-

нил)антранилов имеет столь же специфические черты,

—

единения более склонны к трансформации в акридиноны, чем антранилы, содержащие заместители в других положениях фенильного фрагмента

Еще одним перспективным направлением превращений 5-К-3-арил-2,1-бензизоксазолов является их восста--

восстанавливающих агентов могут быть использованы соли металлов переменной валентности, главным образом хлорид и сульфат титана(Ш), железо в уксусной кислоте, молекулярный водород в присутствии катализаторов [45].

где Аг = РЬ, 2-СЫ3ОС6Ы4, 4-СЫ3ОС6Ы4, 3,4-(СЫэО)2СбЫэ, н2С-°-сх^/~" ,Н

СН3 СН3

Я = С1, Бг, I,

Антранилы, конденсированные с другими гетеро-циклами, также подвергали восстановлению в соответствующие ароматические о-аминокетоны (схема 25).

не-

где Л = Н, н^е

-о

\

с— сн,

Схема 25

-2,1- -

зизоксазолов позволяет получать полиядерные -—

линов, одного из наиболее термостойких классов орга-

26).

РЬ

О РЬ

[Ы]

РЬ

РЬ

где X = О, Б,

Л ^

о

Схема 26

-

-

лы, обладающие высокой термостойкостью и механическими свойствами.

Концепция ароматического нуклеофильного замещения распространяется, кроме нитроаренов, и на другие электронодефицитные арены. Нитрильная функция, также как и нитрогруппа, может быть использована для активации аренов к нуклеофильному замещению. Образующиеся при этом продукты представляют значительный интерес в качестве синтонов.

Так, взаимодействие фталодинитрила с фенилацето-нитрилом в ДМСОЛЧаОН приводит к образованию 2,3-ди(2'-цианофенил)-2,3-дифенилсукцинамида [46], который при кипячении в уксусной кислоте селективно гидролизуется до соответствующей двухосновной кислоты (схема 27).

в

CH3COOH

HO OO \ // \\ /

OH

N

Схема 27

Таким образом, в обзоре рассмотрены наиболее важные синтетические аспекты и результаты теоретических исследований, полученные авторами в области азотсодержащих карбо- и гетероароматических соединений. Предложены подходы к синтезу целевых соединений на основе электронодефицитных аренов с использованием реакций ароматического нуклеофильного замещения, включая каталитическую активацию и замещение водорода, а также процессов введения и преобразования функциональных групп (нитро, амино и др.). Они служат основой для технологических решений в создании малоотходных, экологичных и высокоэффективных способов получения функционализированных азотсодержащих структур многоцелевого назначения.

ЛИТЕРАТУРА

1.

. Котов А.Д., Орлов В.Ю., Ганжа В.В., Соколов В.Г., Кесарева Т.В. Тез. докл. XVIII Междун. научно-техн. конф. «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии». Минск—Уф^ 2005, с. 45.

2. Баннет Д.Ф. Теоретическая органическая химия. М.: Из-датинлит, 1963, 365 с.

3. Terrier F. Nucleophilic aromatic displacement: the influence of nitrogroup. VCH Publishers, Inc., 1991, p.460.

4. Cervera M., Jordi M., Xavier M. Tetrahedron, 1996, v. 52, № 7, p. 2557—2564.

5.

—522.

6.

высш. учеб. заведений. Химия и хим. технология, 2003, т. 46, вып. 8, с. 61—65.

7. Мильто В.И., Орлов В.Ю., Миронов Г.С, Копейкин В.В.

—525.

8. Абрамов ИГ., Плахтинский В.В. Изв. высш. учеб. заведений. Химия и хим. технология, 2002, т. 45, вып. 1, с. 3.

9. Vlasov V., Khalfina I.A. Book of Abst. Of Conf. «Reaction mechanisms and Oganic Intermediates». S-Peterburg, 2001, p. 61.

10.

вып. 1, с. 56.

т. 39, вып. 8, с. 1175.

12. Мильто В.И., Орлов В.Ю., Миронов Г.С. Изв. высш. учеб. заведений. Химия и хим. технология, 2005, т. 48, вып. 1, с. 95—98.

13. Мильто В.И., Орлов В.Ю., Миронов Г.С. Кинетика и катализ, 2003, т. 44, № 6, с. 1—4.

14. Мильто В.И, Орлов В.Ю., Миронов Г.С. Химическая технология, 2004, № 1, с. 24—26.

15. Мильто В.И., Орлов В.Ю., Миронов Г.С. Изв. высш. учеб. заведений. Химия и хим. техно-

—111.

16.

Башкирский химический журнал, 2005, № 4, с. 100—103.

17. Авт. свид. СССР № 1735274, кл. 07 С 201/12.205/52.

18.

наук. Ярославль, 2005, 24 с.

19.

лов В.Г., Кесарева Т.В. Тез. докл. XVII Междун. научно-техн. конф. «Химические реак-реагенты и процессы малотоннажной химии». Уфа,

Миронов Г.С. Изв. технология, 1994,

тивы, 2004, с. 30—31.

20.

высш. учеб. заведений. Химия и хим. т. 37, вып. 4—6, с. 57—59.

21.

—

1410.

22. Ганжа В.В. Автореф. дисс. ... канд. хим. наук. Ярославль, 2003, 24 с.

23. DavisR.B., PizziniL.C. J. Amer. Chem. Soc., 1960, v. 25, p. 1884.

24. Котов АД., Орлов В.Ю., Быстрякова Е.Б., Копейкин В.В. Изв. высш. учеб. заведений. Химия и хим. технология, 1998, т. 41, вып. 3, с. 30—33.

25.

2002, т. 38, вып. 1,с. 108—111.

26.

Изв. высш. учеб. заведений. Химия и хим. технология, 1998, т. 41, вып. 2, с. 81—82.

27. Орлов В.Ю., Котов АД., Русаков А.И., Быстрякова Е.Б., Копейкин В.В., Миронов Г.С. Ж. орган, химии, 1998, т. 34, вып. 4, с. 572—574.

28. Котов АД. Автореф. дисс.... д-ра хим. наук, М., 2001, 48 с.

29.

орган, химии, 2000. т. 36, вып. 12, с. 1788—1791.

30.

высш. учеб. заведений. Химия и хим. технология, 2003, т. 46, вып. 7, с. 98—101.

31.

же, 1995, т. 38, вып. 1—2, с. 58—63.

32.

ков А.И., Миронов Г.С. Ж. орган, химии, 1996, т. 32, вып. 9, с. 1378—1381.

33.

,

—19.

34.

Панорама современной химии России. Успехи в нефтехимическом синтезе полифункциональных ароматических соединений. М.: Химия, 2005, с. 28—64.

35. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Ганжа В.В., Стариков A.A., Русаков А.И. Изв. высш. учеб. заведений. Химия и хим. технология, 2003, т. 46, вып. 9, с. 7—8.

36. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Ганжа В.В., Миронов Г.С. Ж. орган, химии, 2003, т. 39, вып. 11, с. 1743—1744.

37. Орлов В.Ю., Ганжа В.В., Котов А.Д. Там же, 2003, т. 39, вып. 9, с. 1434.

38.

нология, 2001, № 3, с. 38—40.

39. Орлов В.Ю., Котов А.Д., Орлова Т.Н., Ганжа В.В. Химия гетероцикл. соед., 2005, № 5, с. 732—736.

40.

Сб. тр. «Современные проблемы биологии, химии, экологии и экологического образования». Ярославль, 2001, —345.

41. Соковиков Я.В., Соковикова И.Н., Котов АД., Орлов В.Ю. Токсикол. вестник, 2002, № 2, с. 29—33.

42. Копейкин В.В., Казанский СМ., Котов АД., Орлов В.Ю. Тез. докл. XIII совещ. «Новости электрохимии органиче-

—12.

43.

проблемы биологии, химии, экологии и экологического об-

—324.

44. Orlov V.Yu., Kotov A.D., Ganzha V.V., Sokolov V.G. Mendeleev commun., 2004, p. 37—38.

45. Орлов В.Ю., Котов АД., Быстрякова Е.Б., Копейкин В.В. Сб. тр. «Карбонильные соединения в синтезе гетероцик-лов». Саратов, 1996, с. 40.

46. Orlov V.Yu., Kotov A.D., Budanov N.A. Mendeleev Commun., 2000, p. 76—77.