CC BY
42
С. М. Плужник-Гладырь, И. М. Ракипов, С. А. Котляр
Селективное иодирование бензокраун-эфиров
Физико-химический институт им. А. В. Богатского Национальной академии наук Украины 65080, Украина, Одесса, Люстдорфская дорога, 86; тел./факс (084) 766-22-82
Прибавление при комнатной температуре экви-мольных количеств либо избытка Ы-иодсукци-нимида к разбавленным водным растворам монобензопроизводных 12-краун-4, 15-краун-5 и 18-краун-6, приводит исключительно к ароматическим моноиодидам. В 20%-ных растворах серной кислоты, при соотношении краун-эфир : Ы-иодсукцинимид 1 : 2, селективно образуются соответствующие 41,51-дииодбензокраун-эфиры.
Ключевые слова: бензокраун-эфиры, Ы-иод-сукцинимид, селективное иодирование.
Иодзамещенные бензо- и дибензокраун-эфиры легко трансформируются в трудно либо
недоступные другими путями ацетиленовые
им_и путями аце±иле±±овы±е
3 4 5
3, винильные 4’ 5, ^-алкильные, ^-гидроксиал-кильные 6, биологически активные аммониевые и фосфониевые 7 производные, а также краун-гетероциклы 8, бис-бензокраун-эфиры 3 6 и др.
Иодирование бензокраун-эфиров (БКЭ) проводят в системах, содержащих сильные окислители, а именно, 12-НЮ3—Н2804 9 10, I2—СFзC00Ag 5 и Н1—Н202 11 либо триметил-бензиламмоний иоддихлоридом, в среде СН3С00Н, в присутствии безводного 2иС12 12.
От своих хлор- (ХС) и броманалога (БС), Ы-иодсукцинимид (ИС), гладко иодирующий 13-15 альдегиды, кетоны, алкены и некоторые ароматические соединения, отличается высокой ценой. Синтез ИС реакцией 12 с серебряной солью сукцинимида 16, многостадиен и дорог. Недавно установлено 17, что ИС реактивной чистоты легко образуется с высоким выходом при непродолжительном нагревании эквимольных количеств технического БС и 12 в среде СС14. Обсуждаемый способ синтеза, успешно воспроизведенный нами, существенно расширяет диапазон применения ИС (в отличие от ХС и БС — типичного электрофила 18 при реакции с ароматическими системами) в тонком органическом синтезе.
Ранее ИС для иодирования краун-соеди-нений не использовался.
Целью настоящего исследования являлось упрощение известных (см. выше) процессов получения 41-иодбензо- и 41,51-дииод — БКЭ, значительно чаще, чем их дибензоаналоги, ис-
пользующихся в органическом синтезе 1-6, 8. Мы изучили реакцию БКЭ с ИС в водной среде, как в отсутствие сильных окислителей и минеральных кислот, способствующих 19, 20 генерированию высокоэлектрофильного иода, так и в присутствии Н2Б04. Отметим, что исследованные бензо-12-краун-4 (1), бензо-15-краун-5 (2) и бензо-18-краун-6 (3), образуют ~3—5%-ные водные растворы, что позволило проводить иодирование в гомогенных условиях.
Примеры галогенирования КЭ в водной среде не описаны.
Известно, что Ы-галогенимиды легко гидролизуются водой до соответствующих гипога-логенкислот, обладающих окислительными либо галогенирующими свойствами 18, 21. Окислительное иодирование гипоиодитами служит одним из наиболее распространенных методов введения иода в молекулы фенолов, нафтолов, ароматических оксикислот и некоторых гетероциклических соединений (см., например, 18 21 22).
Нами обнаружено, что прибавление при комнатной температуре твердого ИС к водному раствору БКЭ 1—3 (соотношение БКЭ : ИС = 1 : 1) гладко и селективно, с выходами 76—81%, приводит (схема 1) исключительно к соответствующим 41-иодпроизводным (4-6):
O
N-I + H2O
O
°
N-H + HIO O
U-^o + H2O
O
1-3 4-6
1, 4, n = 0; 2, 5, n = 1; 3, 6, n = 2
Схема 1
Образования катиона иода по известному 21 маршруту диссоциации HIO в разбавленных водных растворах, как слабого основания (HOI ^ OH- + I+ ), по всей видимости, не происходит, т.к., рН реакционной смеси во время процесса составляет ~2.8-3.5.
Дата поступления 04.03.08
Целевые иодиды 4-6 быстро кристаллизуются из водного раствора и выделяются простой фильтрацией, а их малая растворимость в воде является причиной наблюдаемой селективности. Сделанный вывод подтверждается и тем, что 41,51-дииод — БКЭ отсутствуют ОН ЯМР спектроскопия, масс спектрометрия, ТСХ) в реакционной смеси и продуктах реакции, даже при 4-х кратном избытке Ы-иодимида.
Прибавление каталитических количеств (1 капля) концентрированной Н2Б04, незначительно ускоряет процесс, не влияя на селективность и выход БКЭ 4—6. В то же время, иодирование соединений 1-3 в 10—20 %-ных водных растворах Н2Б04, (соотношение БКЭ : ИС = 1 : 1), приводит только к смеси соответствующих моно- и дииодпроизводных, с преобладанием первых.
Нами обнаружено, что осуществление процесса в оптимальных, экспериментально найденных условиях (~20%-ный раствор Н2Б04, стехиометрия, 20 оС) позволяет селективно синтезировать 41,51-дииодБКЭ (4-9) с выходами 90—94 % (схема 2):
N-1
1—3
н^о.
:хх°
о
о
1, 7, п = 0; 2,
Схема 2
о
7—9
п = 1; 3, 9, п = 2
Согласно существующим представлениям (см., например, 21-23), сильная минеральная
кислота способствует образованию электрофила 1+, как это представлено на схеме 3:
Н10 + Н+----------^Ю+Н2
10+Н2-----М+ + Н20
Схема 3
По всей видимости, первоначально образующиеся иодиды 4—6, в виде аддуктов с ионом гидроксония, растворяются в сильнокислой водной среде, что и обуславливает гомогенное иодирование первых до целевых дии-одидов 6-9.
При увеличении концентрации кислоты начинают проявляться побочные процессы, ведущие к осмолению реакционной смеси.
Мы не наблюдали различий в физико-химических свойствах и реакционной способности образцов ИС (т.пл. 200—201 оС), полученных по различным 16, 17 методикам.
Строение синтезированных соединений 4-9 установлено с помощью 1Н ЯМР спектроскопии, масс спектрометрии и элементного анализа, а чистота — тонкослойной хроматографии (ТСХ), с использованием соединений-свидетелей. Величины химических сдвигов протонов, интегральные интенсивности, муль-типлетность, константы спин-спинового взаимодействия (КССВ) и характеристики молекулярных ионов представлены в табл. 1.
Особенности поведения остальных Ы-га-логенимидов в обсуждаемой реакции мы предполагаем подробно рассмотреть в дальнейших публикациях. Отметим лишь, что из соединений 1—3 и ХС (либо БС), в водных растворах,
Таблица 1
Химические сдвиги протонов (д, м.д.), интегральные интенсивности, мультиплетность и КССВ (Лнн, Гц) и молекулярные ионы соединений М-!Х
о
2
п
о
но
2
БКЭ иАг си2си2о М+
4 7.28-7.24 д, I = 9.0 6.74-6.71 д, I = 9.0 - 4.17-4.14 т, 3.86-3.84 т, 3.78 с, I = 4.4 350
5 7.22-7.18 дд, I = 8.4, I = 1.9 7.13-7.12 д, I = 1.9 6.63-6.60 д, I = 8.4 4.11-4.09 т, 3.91-3.88 т, 3.75 с, I = 4.4 394
6 7.24 с 7.12-7.08 д, I = 8.4 6.82-6.78 д, I = 8.4 4.15-4.12 т, 3.92-3.90 т, 3.86-3.80 м, 3.68 с, I = 4.4 438
7 7.41 с - - 4.16-4.13 т, 3.85-3.82 т, 3.78 с, I = 4.0 476
8 6.91 с - - 4.20-4.10 т, 3.85-3.76 т, 3.67 с, I = 4.4 520
9 7.26 с - - 4.11-4.09 т, 3.90-3.87 т, 3.75-3.70 м, 3.67 с, I = 4.7, II = 5.6 564
при нагревании или комнатной температуре, нами также селективно получены соответствующие моногалогениды. Используя N-галоген-сукцинимиды, впервые удалось осуществить хлорирование, бромирование и иодирование БКЭ в одинаковых условиях.
Таким образом, предложенный способ позволяет гладко и селективно получать моно-и дииодпроизводные БКЭ реактивной чистоты, и, на наш взгляд, обладает несомненными преимуществами, сравнительно с известными. Его перспективы в полной мере можно оценить, имея в виду установленный нами недавно факт низкой реакционной способности ИС при иодировании БКЭ 1—3 в среде галогенуг-леводородов, что, заметим, существенно отличает этот реагент от БС 11.
Экспериментальная часть
Температуры плавления определяли на приборе ПТП—1, в запаянных и открытых капиллярах, скорость нагревания 4 оС/мин. Спектры 1Н ЯМР записывали на спектрометре Vartan WXR 300, с рабочей частотой 299.95 МГц, в растворах CDCl3, внутренний стандарт — Me4Si. Мас. спектры получали на мас. спектрометре МХ 1321, с использованием системы прямого ввода (ионизирующее напряжение 70 эВ, температура камеры ионизации 200 оС). рН реакционной смеси определяли на электронном иономе-ре ЭВ—74, со стеклянным электродом ЭСЛ 43—07 и хлорсеребряным электродом сравнения. ТСХ проводили на пластинах Silufol UV 254 (KavalieO в следующих системах растворителей: н-гексан-ацетон 3 : 1, н-гексан—этила-цетат 7 : 3, н-гексан-хлороформ 7 : 3, 5 : 2 либо 2 : 1, этилацетат (проявление в УФ-свете и парах иода).
N-Иодсукцинимид (т.пл. 200—201 оС) получали, как это описано в 16’ 17, соединения-свидетели IV—IX синтезировали по известным методикам. N-Галогенимиды (титриметрия) и БКЭ I—III (ГЖХ, ТСХ) содержали не менее 98—99.5 % основного вещества, а H2SO4 (Aldrich) — не более 2% воды.
Иодирование в водной среде
К раствору 5 ммоль БКЭ I—III в 50 мл дистиллированной воды прибавляли (~10 мин, 20 оС, перемешивание) небольшими порциями 1.125 г (5 ммоль) хорошо измельченного N-иодсукцинимида. Перемешивали 2 ч при указанной температуре, охлаждали до 10 оС. Выпавшие кристаллы отфильтровывали, про-
мывали 3 х 5 мл воды (10 оС), сушили при пониженном (40—60 мм рт. ст.) давлении до постоянной массы, сухой продукт кристаллизовали из н-гексана или н-гептана. IV, выход 1.42 г (81%), т.пл. 72—72.5 оС. Найдено, %: С
41.06, Н 4.13, I 36.10. С12Н15104. Вычислено, %: С 41.16, Н 4.32, I 36.24. V, выход 1.50 г (76 %), т.пл. 81 оС. Найдено, %: С 42.49, Н 4.70, I
32.07. С14Н19Ю5. Вычислено, %: С 42.66, Н 4.86, I 32.19. VI, выход 1.73 г (79 %), т.пл. 109 оС. Найдено, %: С 43.71, Н 5.18, I 28.81. С16Н23Ю6. Вычислено, %: С 43.85, Н 5.29, I 28.96.
Иодирование в растворе Н2304
К раствору 5.0 ммоль БКЭ 1—111 в 50 мл дистиллированной воды, при перемешивании и охлаждении, прибавляли ~5 мл конц. Н2Б04. К полученному раствору прибавляли (15—20 мин, 20 оС, перемешивание) небольшими порциями 2.25 г 10.0 ммоль хорошо измельченного Ы-иодсукцинимида. Перемешивали 2 ч при указанной температуре. Прибавляли 10 мл 3%-го водного раствора Ыа2803, перемешивали до обесцвечивания (~15 мин) реакционной смеси. Прибавляли 10%-ный водный раствор Ыа2С03 до рН 7 смеси, фильтровали, осадок промывали 3 х 10 см3 теплой воды, сушили до постоянной массы. Сухой остаток кристаллизовали из н-гептана. VII, выход 2.14 г (90%), т. пл. 105—105.5 оС. Найдено, %: С 30.12, Н 2.78, I 53.28. С12Н14!204. Вычислено, %: С 30.28, Н 2.96, I 53.32. VIII, выход 2.44 г (94%), т. пл. 98.5—99 оС. Найдено, %: С 32.50, Н 3.30, I 48.85. С14Н18!205. Вычислено, %: С 32.33, Н 3.49, I 48.80. IX, выход 2.57 г (91%), т. пл. 92—92.5 оС. Найдено, %: С 33.86, Н 3.76, I 44.97. С16Н22^06. Вычислено, %: С 34.06, Н 3.86, I 44.99.
Литература
1. Кляцкая С. В., Третьяков Е. В., Василевский С. Ф. // Изв. АН России, сер. хим.— 2002.- № 9.- С. 1579.
2. Klyatskaya S. V., Tretyakov E. V., Vasilevsky S. F. // Mendeleev Commun.- 1998.-Vol. 5.- P. 201-203.
3. Koenig B., Schofield E., Jones P. G., Bubenitschek P. // J. Org. Chem.- 1994.-Vol. 59.- № 23.- P. 7142.
4. Liao Yi, Zhang Zhuangyu, Hu Hongwen. // Synth. Commun.- 1995.- Vol. 25.- № 4.-P. 595.
5. Kikukawa K., Takamura S., Hirayama H., Namiki H., Wada F., Matsuda T. // Chem. Lett.- 1980.- № 5.- P. 511.
6. Kikukawa K., Abe A., Wada F., Matsuda T. // Bull Chem. Soc. Jap.- 1983.- Т. 56.- № 3.-P. 961.
7. Лукоянов Н. В., Ванкин Г. И., Малыгин В. В., Кальченко В. И., Пархоменко Н. А., Ата-мась Л. И., Пачева Л. М., Галенко Т. Г., Иванова Т. А., Панарин В. А., Раевский О. А., Марковский Л. Н. // Хим. фарм. журн.- 1991.-Т. 25.- С. 36.
8. Takeshlta M., Irie M. // J. Org. Chem.- 1998.-Т. 63.- № 19.- P. 6643.
9. Klyatskaya S. V., Tretyakov E. V., Vasilevsky S. F. // Arkivoc.- 2003.- Vol. 13.- P. 21.
10. Hyde E. M., Shaw B. L., Shepherd I. // J. Chem. Soc. Dalton Trans.- 1978.- P. 1696.
11. Котляр С. А., Плужник-Гладырь С. М. В сб.: Мономеры для термостойких полимеров.-1990.- М., НИИТЭХИМ.- С. 74.
12. Takeshita M., Masahiro I. // Tetrahedron Lett.-1998.- Vol. 39.- P. 613.
13. Adinolfi M., Parrilli M., Barone G., Laonigro G., Mangoni L. // Tetrahedron Lett.- 1976. — № 40.- P. 3661.
14. Smietana M., Gouverneur V., Mloskowski C. // Tetrahedron Lett.- 2000.- Vol. 41.- № 1.-P. 193.
15. Краснокутская Е. А., Лесина Ю. А., Горлуш-ко Д. А., Филимонов В. Д. // Журн. орг. хим.- 2005.- Т. 41.- Вып. 6.- С. 876.
16. Org. Synth. Coll.- 1973.- Vol. 5.- P. 663.
17. Чайковский В. К., Скороходов В. И., Филимонов В. Д. // Журн. орг. хим.-2001.- Т. 37.-Вып. 10.- С. 1572.
18. Новиков С. С., Севостьянова В. В., Файнзиль-берг А. А. // Усп. хим.- 1962.- Т. 31.- Вып.
12.- С. 1417.
19. Olah G. A., Qi Wang, Sandford G., Prak-ash G. K. S. // J. Org. Chem.- 1993.-Vol. 58.- № 11.- P. 3194.
20. Чайковский В. К., Филимонов В. Д. // Изв. вузов. Химия и хим. техн.- 2002.- Т. 45.-Вып. 3.- С. 48.
21. Терентьев А. П., Яновская Л. А. В сб.: Реакции и методы исследования органических соединений.— М., ГНТИХТ, 1957.- Кн. 6.- С. 7.
22. Меркушев Е. Б. // Усп. хим.- 1984.- Т. 53.-Вып. 14.- С. 583.
23. Чайковский В. К., Филимонов В. Д. // Журн. орг. хим.- 2001.- Т. 37.- Вып. 8.- С. 1189.
