Синтез трихлорметиларенов и их реакции с пиридинами и другими нуклеофилами

21

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

СИНТЕЗ ТРИХЛОРМЕТИЛАРЕНОВ И ИХ РЕАКЦИИ С ПИРИДИНАМИ И ДРУГИМИ НУКЛЕОФИЛАМИ

ПОДДУБНЫЙ ИГОРЬ СЕРГЕЕВИЧ

02.00.03 - органическая химия

Саратов - 2009

Работа выполнена в лаборатории гетероциклических соединений Института органической химии имени Н.Д.Зелинского РАН, г.Москва и в научно-производственном центре ОАО «Каустик», г.Волгоград

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор химических наук, профессор

Беленький Леонид Исаакович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Решетов Павел Владимирович

доктор химических наук, профессор Скворцов Игорь Михайлович

доктор химических наук, профессор Маркова Людмила Ивановна

Ведущая организация: Кубанский государственный технологический университет

Защита состоится 15 октября 2009 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.07 при Саратовском государственном университете по адресу: 410012, Саратов, ул.Астраханская, 83, корпус 1, Институт Химии СГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Саратовского государственного университета им. Н.Г.Чернышевского

Автореферат разослан « 8 » сентября 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета Сорокин В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Значение трихлорметиларенов (ТХМА) в синтетической органической химии определяется тем, что они являются удобными исходными веществами в синтезе карбоновых кислот и их производных, симметричных и несимметричных диарилкетонов и ряда гетероциклических систем, среди которых: 1,2,4- и 1,3,4-оксадиазолы, имидазолины, оксазолины, бензоксазолы, бензотиазолы, бензимида-золы, имидазолины, 1,3-оксазины, сим-триазины и 1,4-бензодиазепины. Относительная доступность и повышенная по сравнению с соответствующими карбоновыми кислотами реакционная способность бензотрихлоридов создают перспективу для их использования в качестве субстратов или интермедиатов не только в производстве крупнотоннажных органических соединений, например, таких как хлорангидриды бензойной, терефталевой, изофталевой и других кислот, но и в синтезе разнообразных биологически активных веществ. Восстановление трихлорметильной группы электрохимическим путем, либо под действием неорганических или органических реагентов, является одним из важных и перспективных путей синтетического использования ТХМА. Исследования в указанных направлениях, несомненно, имеют большое теоретическое и практическое значение и являются весьма актуальными, поскольку открывают возможности целенаправленного и эффективного применения трихлорметиларенов как в синтезе различных гетероциклов, так и для получения ароматических альдегидов и их разнообразных производных. Усовершенствование технологии получения ТХМА методом радикального хлорирования метилбензолов также имеет значительный практический потенциал, поскольку непосредственно связано с широким применением этих субстратов в синтезах различных промышленно ценных продуктов - ароматических кислот и их хлорангидридов, модификаторов резиновых смесей, пероксидных инициаторов и других соединений.

Цель работы. Установление закономерностей хлорирования метилбензолов и реакций трихлорметиларенов с пиридинами и другими нуклеофилами (гидразином, гидроксиламином, (тио)ацилгидразинами, водой, алифатическими и ароматическими кислотами, спиртами); установление механизма реакций ТХМА с нуклеофилами; выявление условий селективного получения ароматических и гетероциклических соединений, а также продуктов заданной степени хлорирования углеводородов.

Для достижения этой цели были сформулированы и решались следующие задачи:

- разработка общего способа селективного радикального хлорирования (галогенирования) алкилароматических, алифатических и непредельных линейных углеводородов;

- выявление условий селективного и технически эффективного радикального хлорирования метилбензолов с получением продуктов заданной степени хлорирования;

- изучение механизма восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидроксиламином или гидразинами в присутствии пиридиновых оснований;

- выявление направлений и особенностей взаимодействия ТХМА с пиридинами, N-, O- и S-нуклеофилами в зависимости от строения реагентов и условий реакции;

- изучение реакций гетарилирования N- и С-нуклеофилов солями пиридиния, генерируемыми in situ из трихлорметиларенов и пиридинов;

- разработка препаративных методов синтеза симметричных и несимметричных 2,5-дизамещенных 1,3,4-окса(тиа)диазолов на основе реакций трихлорметиларенов с гидразином и (тио)ацилгидразинами;

- установление строения новых веществ методами спектроскопии ЯМР 1Н и 13С и масс-спектрометрии и выявление общих закономерностей и специфических особенностей в спектрах 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов.

Научная новизна. Впервые показаны общий характер и высокая эффективность стабилизирующего действия эфиров ортофосфорной кислоты в процессах радикального галогенирования метилароматических, предельных и непредельных линейных углеводо-родов. На примере хлорного железа и хлорида цинка определен диапазон концентраций кислот Льюиса, при которых стабилизирующее действие органических фосфатов обеспечивает селективное радикальное галогенирование углеводородных субстратов (метилбензолов) и получение высококачественных галогенированных продуктов.

Установлено, что восстановительная конденсация трихлорметиларенов с гидразинами в пиридине протекает по двум конкурирующим направлениям, в одном из которых в качестве восстановителя выступает пиридин, а в другом - гидразин.

Первое направление включает образование N-(,-дихлорбензил)пиридиниевых солей, которые в зависимости от строения исходного трихлорметиларена претерпевают превращение либо в биспиридиниевые соли, либо в N-N-(-хлорбензил)-4-пиридил-пиридиниевые соли. Взаимодействие о,о'-дизамещенных трихлорметиларенов с пириди-ном в условиях восстановительной конденсации (при кипячении в пиридине) или в более мягких условиях (в хлороформе или хлористом метилене при обычной температуре) протекает с образованием N-N-(-хлорбензил)-4-пиридилпиридиниевых солей. Окисли-тельно-восстановительные превращения о,о'-дизамещенных ТХМА являются общими для пиридина, 3-R-замещенных пиридинов и хинолинов, причем в зависимости от нуклео-фильности атома азота реакция приводит к N-(-хлорбензил)-4-хлор-3-R-пиридиниевым солям, либо к N-[N-хлорбензил)-3-R-4-пиридил-3-R-пиридиниевым солям.

Предложена и обоснована общая схема реакций о,о'-дизамещенных ТХМА с пиридиновыми основаниями с восстановлением трихлорметильной группы и образова-нием ароматических альдегидов и их производных, что является новыми примерами окислительно-восстановительных превращений с участием аналогов никотинамидаденин-динуклеотида (НАДН) и его фосфата. Обнаружены и получены интермедиаты данной реакции: монопиридиниевые соли, 4-хлор-1,4-дигидроникотинамид, хлорид N-(-хлор-бензил)-4-хлорпиридиния и другие. Разработаны новые препаративные методы синтеза ароматических альдегидов, 4-хлорпиридинов и N-(4-пиридил)пиридиниевых солей.

Второе направление восстановительной конденсации реализуется для трихлор-метиларенов, не имеющих орто-заместителей или имеющих один орто-заместитель, и осуществляется при действии избытка гидразина на гидразоноилхлориды без участия пиридина в акте восстановления. Установлена принципиальная возможность реализации этого направления восстановительной конденсации и для трихлорметиларенов, имеющих два орто-заместителя, причем это направление является единственным, если восстановление через образование соответствующих пиридиниевых солей невозможно вследствие стерических препятствий.

Систематически исследованы конкурирующие направления взаимодействия трихлорметиларенов с N-, О- и S-нуклеофилами, не сопровождающиеся актом восста-новления. Впервые найдены оптимальные условия селективной гетероциклизации ТХМА под действием ацилгидразинов и гидразина. Разработаны простые и эффективные методы синтеза 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов, исходя из трихлор-метиларенов и гидразидов карбоновых кислот или гидразингидрата. Впервые показано, что взаимодействие трихлорметиларенов и тиоацилгидразинов приводит к 2,5-дизамещен-ным 1,3,4-тиадиазолам с препаративными выходами.

Существенно расширена область применения ТХМА для синтеза ароматических альдегидов и их производных, гетероциклических систем (1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов), в качестве «мягких» хлорирующих агентов для получения 4-хлорпиридинов и 1-(4-пиридил)пиридиниевых солей, а также в качестве алкилирующих реагентов для эффективной и г-селективной активации пиридиновых оснований в реакциях гетарилиро-вания «жестких» и «мягких» нуклеофилов.

Выявлены общие закономерности и специфические особенности в спектрах ЯМР 1Н и 13С 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов. На основе спектров ЯМР 13С 1,3,4-оксади-азолов впервые проведена оценка электронного эффекта 5-R-1,3,4-оксадиазол-2-ильной группы как заместителя в бензольном кольце и количественная оценка трансмиссионной способности 1,3,4-оксадиазольного цикла.

Впервые выявлены и сформулированы общие закономерности в масс-спектрах электронного удара 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и установлено, что метод масс-спектрометрии может использоваться для надёжной идентификации и доказательства их строения.

Практическая значимость работы. Разработаны технологичные и эффективные промышленные способы получения трихлорметиларенов, бензилидендихлоридов и бензилхлоридов путем селективного радикального хлорирования толуолов и ксилолов в присутствии фосфатных стабилизаторов. Эти способы позволяют получать целевые продукты заданной степени хлорирования с отличными выходами (до 99,5 %), высокой конверсией по хлору (до 99,8 %) и повышенной производительностью процесса.

В производственных условиях ОАО «Химпром», г.Волгоград впервые апроби-рованы или внедрены:

- способ получения б,б,б,бґ,бґ,бґ-гексахлор-пара-ксилола;

- способ получения бензилхлорида путем селективного радикального хлорирования толуола в присутствии фосфатных стабилизаторов;

- способ совместного получения ацетилхлорида и бензальдегида каталитическим взаимодействием бензилидендихлорида и уксусной кислоты;

- двухстадийный способ получения бензальдегида из кубовых остатков произ-водства хлористого бензила, содержащих бензилидендихлорид;

- способ получения и способ стабилизации жидких и твердых хлорированных парафинов (марок ХП-13, ХП-250, ХП-470, ХП-1100);

- способ получения нового многофункционального модификатора резиновых смесей на основе гексахлор-пара-ксилола - гексола М.

Установлено, что использование эфиров ортофосфорной кислоты в качестве эффективных дезактиваторов кислот Льюиса и стабилизаторов хлорированных (галогенированных) углеводородов на стадиях синтеза и выделения повышает выход и качество целевых продуктов, снижает их производственную себестоимость и расширяет их потребительский потенциал в процессах переработки и применения.

Разработаны удобные, одностадийные способы получения 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов, 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов, 2,5-дизамещенных 1,3,4-тиадиазолов, на основе ТХМА и гидразина, гидразидов карбоновых, тиокарбоновых кислот.

Разработан метод получения о,о'-дизамещенных бензальдегидов и их азинов или гидразонов с высокими выходами с одновременным получением 3-R-замещенных 4-хлорпиридинов или N-(3-R-4-пиридил)-3-R-пиридиниевых солей. Впервые показано, что пиридиниевые соли, генерируемые in situ из о,о'-дизамещенных ТХМА и пиридина, выступают в качестве реакционноспособных агентов в реакциях селективного г-гетарилирования различных N- или C-нуклеофилов. Это позволяет рассматривать о,о'-дизамещенные ТХМА в качестве удобных и специфических алкилирующих реагентов для эффективной и г-селективной активации пиридиновых оснований в реакциях гетарилиро-вания «жестких» и «мягких» нуклеофилов.

Выполненные исследования существенно расширяют синтетический потенциал трихлорметиларенов в промышленном и препаративном синтезе различных соединений и химических продуктов: ароматических альдегидов и их производных, 4-замещенных пиридинов, 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов, многофункцио-нальных модификаторов резиновых смесей и полимерной серы.

На защиту выносятся следующие положения:

- условия селективного и/или эффективного радикального хлорирования алкил-ароматических, предельных и непредельных линейных углеводородов с получением продуктов заданной степени хлорирования.

- закономерности и механизм реакции восстановительной конденсации трихлор-метиларенов с гидразином в пиридине;

- закономерности и механизм окислительно-восстановительных превращений о,о'-дизамещенных трихлорметиларенов под действием пиридиновых оснований;

- закономерности, механизм и особенности превращений трихлорметиларенов под действием двух или более нуклеофилов (N-, O- и S-нуклеофилов) с образованием гетероциклических систем, продуктов восстановления трихлорметильной группы или продуктов нуклеофильного замещения;

- реакционная способность пиридиниевых солей, генерируемых in situ из трихлор-метиларенов и пиридиновых оснований; закономерности превращения этих солей под действием нуклеофилов.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Межвузовской конференции «Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов» (Саратов, 1992), XVIII конференции по химии и технологии органических соединений серы (Казань, 1992), XIV Международном конгрессе по гетероциклической химии (Антверпен, 1993), XVI Международном симпозиуме по химии органических соединений серы (Мерзебург, 1994), X Международной конференции по органическому синтезу (Бангалор, 1994), Межинститутском коллоквиуме “Химия азотистых гетероциклов” (Черноголовка, 1995), XIV Международном конгрессе по гетероциклической химии (Тайбей, 1995), V Симпозиуме по гетероциклической химии «Голубой Дунай» (Часта Паперничка, 1995), VII Межвузовской конференции «Новые достижения в органической химии» (Саратов, 1997), Пятой Российской научно-практической конференции резинщиков “Сырье и материалы для резиновой промышленности. Настоящее и будущее” (Москва, 1998), 1-ой Всероссийской конференции по химии гетероциклов памяти А.Н.Коста (Суздаль, 2000), Электронной конференции по гетероциклической химии ECHET 98, Первой Международной конференции «Химия и биологическая активность азотистых гетероциклов и алкалоидов (Москва, 2001), XIV Международной научно-практической конференции резинщиков “Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технологии” (Москва, 2008) и на XIX Симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2008).

Достоверность научных положений и выводов, приведенных в диссертационной работе, базируется на применении современных методов исследований и анализа (измерений), включая спектроскопию ЯМР 1Н и 13С, масс-спектрометрию, ИК- и УФ-спектроскопию, ВЭЖХ и газовую хроматографию, элементный анализ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 работ, из них 2 обзора и 13 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК, 7 патентов на изобретения, 3 статьи в сборниках научных трудов и реферируемых журналах, 13 тезисов докладов на всерос-сийских и международных конференциях.

Личное участие автора заключалось в теоретическом обосновании тематики исследований, постановке задач, разработке теоретических положений, непосредственном участии во всех этапах исследовательских работ, а также в обработке, обобщении, интерпретации результатов исследований и формулировании выводов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 288 страницах машинописного текста, включая введение, 5 глав, выводы, список литературы из 299 наименований, 32 таблицы и 41 рисунок (схему). В первой главе приводятся и обсужда-ются результаты по синтезу и промышленному использованию трихлорметиларенов. Вторая глава посвящена обсуждению результатов исследования восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидразинами или гидроксиламином в пиридине. Третья глава посвящена изучению реакций N- и C-нуклеофилов с солями пиридиния, полученными из о,о'-дизамещенных трихлорметиларенов. Четвертая глава описывает результаты исследования реакций трихлорметиларенов с N-, O- и S-нуклеофилами, протекающих без восстановления трихлорметильной группы. Пятая глава представляет собой экспериментальную часть, в которой описаны методики синтеза соединений и выполнения измерений и анализа.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

синтез трихлорметиларен нуклеофил галогенирование

1. Синтез и промышленное использование трихлорметиларенов

Основным методом синтеза бензотрихлорида и его производных, содержащих инертные заместители, является исчерпывающее радикальное хлорирование одной или более метильных групп, инициируемое при помощи лабильных соединений (радикальных инициаторов) или светового излучения. Известно, что кислоты Льюиса, и в первую очередь соединения железа, присутствующие в исходных реагентах (смесях) в концентра-циях от 0,00001 мас.% до 0,001 мас.%, обусловливают обрыв цепей, снижают конверсию хлора, катализируют побочное электрофильное хлорирование метилбензолов в ядро и их алкилирование по Фриделю-Крафтсу промежуточно возникающими бензилхлоридами.

С целью снижения нежелательного каталитического эффекта кислот Льюиса в реакциях радикального хлорирования метилбензолов используют добавки органических или неорганических соединений, которые способны образовывать с кислотами Льюиса неактивные комплексы: пентаэритрит, полипропиленгликоль, маннит, триэтиламин, диизопропиламин, пиперидин, морфолин, диэтаноламин, мочевина, тиомочевина, N-замещенные амиды алифатических кислот, уротропин. Однако стабилизирующее действие ранее использовавшихся соединений-комплексообразователей в общем случае оказывается недостаточным для селективного радикального хлорирования метилбензолов и получения высококачественных и стабильных трихлорметиларенов.

В этой связи представлялось весьма актуальным выявить стабилизаторы, позволя-ющие осуществлять селективное радикальное хлорирование метилбензолов при относи-тельно высоком содержании кислот Льюиса в реакционной среде - более 0,00001 мас.%.

В рамках этой задачи нами был разработан способ селективного радикального хлорирования метилароматических углеводородов (1а-е) с инициированием процесса при помощи азобисизобутиронитрила (ABIBN) или УФ-облучения при температуре 80-130 С в присутствии эфира ортофосфорной кислоты, взятого в количестве 0,1-1,0 мас.%, или его смеси с диметилформамидом (ДМФА) в массовом соотношении 1:1 (схема 1).

1а-е 2а-е 98,3-99,4 %, где n = 3 или 6

1, 2: R = R1 = R2 = R3 = H (а), R = Cl, R1 = R2 = R3 = H (б); R = R1 = R3 = H, R2 = Cl (в);

R = R2 = Cl, R1 = R3 = H (г); 1д: R = R2 = R3 = H, R1 = CH3; 1е: R = R1 = R3 = H; R2 = CH3;

2д R = R2 = R3 = H, R1 = CCl3; 2е R = R1 = R3 = H; R2 = CCl3;

Использование эфира ортофосфорной кислоты (триалкилфосфата, диалкиларил-фосфата, алкилдиарилфосфата или триарилфосфата) в количестве 0,1-1,0 % от массы исходного метилбензола обеспечивает получение целевых ТХМА 2а-е с отличными выходами 98,3-99,4 %, с высокой конверсией хлора и селективностью, что подтвержда-ется высокой массовой долей ТХМА 2 в продуктах хлорирования - от 97,5 % до 99,4 %.

На примере процесса хлорирования п-ксилола впервые была проведена оценка стабилизирующего эффекта трибутилфосфата (ТБФ), производимого в промышленном масштабе, и его смеси с ДМФА (1:1) по сравнению со стабилизирующим действием других известных комплексообразователей.

Таблица 1. Сравнительная эффективность стабилизаторов процесса радикального хлорирования п-ксилола

№ п/п	Массовая доля железа в п-ксилоле, %	Стабилизатор	Массовая доля стаби-лизатора, % от п-ксилола	Выход ТХМА, %	Массовая доля основ-ного веще-ства, %	Избыток хлора, % от теории
1	6*10-4	уротропин	0,2	98,2	98,5	43,4
2	6*10-4	мочевина	0,2	94,0	94,1	58,6
3	6*10-4	тиомочевина	0,2	95,7	95,5	53,7
4	6*10-4	ДМФА	0,2	98,8	98,8	26,2
5	6*10-4	трибутилфосфат	0,2	99,8	99,4	22,9
6	6*10-4	ТБФ + ДМФА	0,2	99,5	99,2	23,3
7	3*10-3	уротропин	0,4	96,9	96,3	82,8
8	3*10-3	этаноламин	0,4	94,9	95,1	94,2
9	3*10-3	триэтаноламин	0,4	95,4	95,0	93,6
10	3*10-3	ацетамид	0,4	95,3	95,5	92,0
11	3*10-3	бензамид	0,4	95,5	95,4	89,1
12	3*10-3	ДМФА	0,4	98,0	97,6	37,5
13	3*10-3	пиридин	0,4	97,1	96,5	87,4
14	3*10-3	ТБФ	0,4	99,2	99,0	30,8
15	3*10-3	ТБФ + ДМФА	0,4	99,2	98,9	31,7
16	5*10-3	ТБФ + ДМФА	0,4	99,0	98,7	35,9

Примечание: Хлорирование 0,25 моля п-ксилола осуществлялось в стандартных условиях - при 80-120 С с использованием в качестве радикального инициатора ABIBN, взятого в количестве 1,1 % от массы п-ксилола, или при УФ-облучении.

Установлено, что традиционно используемые стабилизаторы радикального хлори-рования, как правило, проявляют положительный эффект только при относительно низких концентрациях кислот Льюиса, в частности при концентрациях ионов железа в исходном сырье (в хлоре и метилбензолах) - не более (1-5)*10-4 мас.%, в то время как ТБФ и его смесь с ДМФА оказывают заметный стабилизирующий эффект даже при такой высокой массовой доле железа в п-ксилоле, как 0,005 %.

Стабилизирующая роль эфиров ортофосфорной кислоты заключается в образова-нии стабильных, недиссоциирующих комплексов с солями железа и другими кислотами Льюиса, что нивелирует негативный ингибирующий эффект кислот Льюиса, присутст-вующих в реакционной среде, в радикальных процессах и подавляет побочное хлорирование ароматических субстратов в ядро. Образование устойчивых комплексов между алкил(арил)фосфатами и солями железа было подтверждено при помощи УФ-спектроскопии на примере смеси трибутилфосфата с хлорным железом (таблица 2).

Как следует из данных таблицы 2, спектр поглощения ТБФ, содержащего 0,005 мас.% FeCl3, резко отличается от спектра поглощения «чистого» трибутилфосфата появлением новых полос в области 312 нм и 363 нм. Последняя полоса соответствует поглощению образующегося комплекса FeCl3?ТБФ и практически совпадает с полосой поглощения комплекса FeCl3?триэтилфосфат (364 нм), наблюдавшейся ранее в работе (Розенберг В.Р., Моцарев Г.В., Ушаков А.А., Суворов Б.А. Нефтехимия, 1974, т.14, № 6, С.885-890).

Таблица 2. Данные электронных спектров поглощения ТБФ и комплекса FeCl3?ТБФ

Компонент или смесь	Длина волны, л, нм
	300	310	320	330	340	350	360	370	380	390	400
	Относительная оптическая плотность (по воздуху), %
ТБФ	84,9	92,2	96,2	98,3	101,8	103,6	105,1	105,7	106,3	106,9	107,1
ТБФ + 0,005 мас.% FeCl3	3,9	2,8	3,7	9,5	18,6	10,0	3,2	3,8	10,3	29,1	57,4

Высокая эффективность указанных фосфатных стабилизаторов позволяет осущест-влять процесс радикального хлорирования метилбензолов селективно даже при таком значительном содержании FeCl3 или хлорида цинка ZnCl2, как 0,01-0,03 мас.% (в пере-счете на массовую долю железа - 0,0034-0,01 %), что было наглядно продемонстрировано нами на примерах радикального хлорирования толуола (1а).

Таким образом, в исследованной нами серии метилароматических субстратов и стабилизаторов эффект дезактивации такой сильной кислоты Льюиса, как хлорное железо, оказался наиболее существенным именно для эфиров ортофосфорной кислоты, что, очевидно, связано с более высокой стабильностью и каталитической инертностью их комплексов с кислотами Льюиса.

1.2. Улучшенный метод радикального галогенирования алкилароматических, непредельных и предельных углеводородов

Используемые для получения ТХМА 2а-е стабилизаторы - эфиры ортофосфорной кислоты или стабилизирующая система органический фосфат - ДМФА - были приме-нены в процессах получения и выделения (ректификации или дистилляции) продуктов неполного радикального хлорирования толуола: бензилхлорида и бензилидендихлорида, а также их 2-хлор-, 4-хлор- и 2,4-дихлорзамещенных (схема 2):

ArCH3 + Cl2 ArCH2Cl + ArCHCl2 + ArСCl3 + HCl

1а-г 3а-г 4а-г 2а-г

1, 2, 3, 4: Ar = C6H5 (а), Ar = 2-ClC6H4 (б), Ar = 4-ClC6H4 (в), Ar = 2,4-Cl2C6H3 (г).

Применение указанных стабилизаторов в количестве 0,05-0,5 % от массы исходного толуола позволяет увеличить выход целевых продуктов на 2-8 % и повысить конверсию хлора на 1-6 % по сравнению с процессами, в которых использовались другие известные стабилизаторы, например, уротропин, ацетамид, N,N-диметилформамид, мочевина, триэтаноламин. Эти результаты также свидетельствуют о том, что эфиры ортофосфорной кислоты более эффективно ингибируют каталитические свойства кислот Льюиса нежели другие апробированные стабилизаторы-комплексообразователи.

Выполненные исследования позволили разработать модифицированный способ получения бензилхлоридов и бензилидендихлоридов, характеризующийся высокой селективностью процесса, высокими выходами и качеством целевых продуктов и более высокой конверсией по хлору по сравнению с другими промышленными и препаративными способами получения. Этот способ был успешно апробирован нами в производственных условиях ОАО «Химпром», г.Волгоград на примере получения и выделения высококачественного хлористого бензила.

Учитывая полученные результаты радикального хлорирования метилбензолов 1 с получением ТХМА 2, бензилхлоридов 3 и бензилидендихлоридов 4, мы предположили, что эффективность стабилизирующего действия эфиров ортофосфорной кислоты носит общий характер и распространяется также на реакции радикального хлорирования других углеводородных субстратов - алканов и алкенов. Как известно, эти реакции также весьма чувствительны к содержанию кислот Льюиса, которые не только ингибируют радикальный процесс, уменьшают конверсию хлора, но и существенно снижают термическую стабильность и качество целевых продуктов - хлорированных парафинов по показателям «массовая доля кислот в пересчета на HCl» и «цветность по иодной шкале».

Высказанное предположение было наглядно подтверждено нами сначала на примере успешного получения твердых хлорированных парафинов с массовой долей хлора в пределах 70-72 %, а затем и на примерах получения высокостабильных галогенированных парафинов с массовой долей галогена в пределах 12-72 %.

В качестве исходных углеводородных субстратов использовали жидкие и твердые парафины различных фракций с длиной углеродной цепи в пределах C14-C38, а также различные промышленные фракции б-олефинов с длиной углеродной цепи в пределах C12-C38. В качестве галогенирующих агентов использовали газообразный хлор и жидкий бром. Инициирование радикального процесса осуществляли при помощи УФ-облучения либо с использованием азобисизобутиронитрила.

Радикальное галогенирование исходных углеводородов проводили по одно-, двух- или трехреакторной каскадной схеме с противотоком реагентов при температуре в пределах 70-155 С (в зависимости от природы галогена и необходимой степени галогенирования) в присутствии 0,05-2,0 мас.% эфира фосфорной кислоты (триалкил-фосфата, диалкиларилфосфата, алкилдиарилфосфата, триарилфосфата или их смеси).

Результаты получения галогенированных парафинов свидетельствуют, что эфиры фосфорной кислоты, применяемые в качестве стабилизаторов процесса галогенирования алканов и алкенов, проявляют заметно более выраженный стабилизирующий эффект по сравнению с другими органическими соединениями - ДМФА, уротропином, триэтанол-амином и тем более по сравнению с радикальным процессом, осуществляемым без какого-либо стабилизатора. Так, в производственных условиях ОАО «Химпром» при получении жидких хлорпарафинов марок ХП-250 и ХП-470 было установлено, что введение на стадию хлорирования 0,10-0,15 мас.% трибутилфосфата позволяет уменьшить проскок хлора на 10-20 % и сократить общую продолжительность стадии отдувки кислых примесей на 25-30 %, что соответственно снижает энергетические затраты на процесс, повышает его производительность и улучшает качество целевых хлорпарафинов по показателям «цветность» и «массовая доля кислот в пересчете на HCl».

Выполненные исследования завершились разработкой нового эффективного способа радикального галогенирования предельных и непредельных углеводородов, отличающегося высокой конверсией галогена и повышенной производительностью процесса. Разработанный способ позволяет получать высококачественные, термически стабильные галогенированные парафины, применяемые в нефтехимической отрасли, в производстве шин, РТИ и других разнообразных полимерных композиций и компаундов.

Обобщая результаты этого этапа исследований, можно констатировать, что нами разработан универсальный и эффективный метод радикального галогенирования алкилароматических, предельных и непредельных углеводородов в присутствии активно действующих органических стабилизаторов, обладающих высокой комплексообразующей способностью по отношению к кислотам Льюиса, - эфиров ортофосфорной кислоты. Определена область практического применения алкил(арил)фосфатов в зависимости от природы исходного углеводородного субстрата, содержания в нем кислот Льюиса (в первую очередь, соединений железа) и заданной степени галогенирования:

- селективное и эффективное радикальное галогенирование метилароматических субстратов достигается при массовой доле ионов железа (в общем случае - кислот Льюиса) - не более 10-3 % и при использовании 0,05-0,5 мас.% триалкилфосфата, диалкиларилфосфата, алкилдиарилфосфата, триарилфосфата или их смесей с ДМФА;

- эффективное радикальное галогенирование алканов и алкенов с получением высококачественных и стабильных галогенированных парафинов обеспечивается при использовании субстратов с массовой долей железа (кислот Льюиса) не более 0,01 % и при использовании триалкилфосфата, диалкиларилфосфата, алкилдиарилфосфата, или триарилфосфата, взятого в количестве 0,05-5,0 % от массы исходного субстрата.

Таким образом, нами показано, что применение эфиров фосфорной кислоты в качестве дезактиваторов кислот Льюиса и стабилизаторов в процессах радикального галогенирования алкилароматических, предельных и непредельных углеводородов и в процессах выделения и стабилизации их галогенированных производных позволяет:

- повысить выход целевых хлорированных продуктов с 97,0 % до 98,4-100 %;

- повысить массовую долю основного вещества в целевых продуктах (ТХМА) с 95,0-97,5 % до 98,4-99,4 %;

- увеличить конверсию хлора с 94,5 % до 99,8 % (при каскадной схеме хлорирования) или снизить избыток хлора на 10-20,5 % (при однореакторной схеме хлорирования);

- увеличить производительность технологического оборудования (на единицу реакционного объема) на 9-18 %;

- существенно улучшить ряд технических характеристик (показателей) целевых хлорорганических продуктов - «цветность» (снижение цветности на 1-9 единиц по иодной шкале), «термостабильность» (улучшение термостабильности на 26-40 %), «массовая доля кислот в пересчете на HCl» (снижение кислотности на 50-90 % или в 2-10 раз), что заметно повышает качество и потребительский потенциал получаемых продуктов;

- использовать углеводородные субстраты с более высокой массовой долей железа (вплоть до 0,01 % для алканов и алкенов и до 10-3 % для метилароматических субстратов), что значительно расширяет сырьевую базу производства хлорированных (галогениро-ванных) углеводородов;

- упростить технологию производства за счет исключения стадии предварительной очистки углеводородных субстратов от примесей железа (кислот Льюиса) и/или стадии очистки целевых продуктов от нежелательных примесей и соответственно снизить себестоимость целевых галогенорганических продуктов;

- сократить общее количество сточных вод и отходов процесса и снизить техноген-ное воздействие производства на окружающую среду.

1.3. Практическое использование трихлорметиларенов и продуктов неполного радикального хлорирования метилбензолов

Трихлорметиларены 2д и 2е с двумя трихлорметильными группами широко используются в промышленном органическом синтезе для получения различных хлорорганических продуктов. Так, известно применение ГХПК (2е) в качестве активно действующего вещества для получения различных композиционных, многофункциональ-ных модификаторов резиновых смесей на основе ненасыщенных каучуков. Модифици-рующие свойства ГХПК основаны на его способности на первом этапе производства замедлять подвулканизацию резиновых смесей (т.е. выступать в качестве антискорчинга), а на втором этапе - ускорять их вулканизацию совместно с традиционными ускорителями вулканизации и заметно улучшать физико-механические характеристики целевых резин.

Синтезированный нами гексахлор-п-ксилол (2е) без дополнительной очистки был использован в качестве активно действующего компонента при разработке новых оригинальных многофункциональных модификаторов для резиновых смесей. Так, в рамках исследования были разработаны и запатентованы два варианта многокомпонент-ного модификатора «Гексол М», а также разработана оригинальная технология его получения, отличающаяся простотой и экономичностью и характеризующаяся низким сырьевым индексом и минимальным негативным воздействием на окружающую среду.

Эффективность действия разработанных модификаторов была оценена в условиях ОАО «Волтайр», г.Волжский (Волжский шинный завод) при получении резиновых смесей на основе 100 массовых частей каучука СКИ-3, применяющихся в настоящее время на шинных заводах при производстве радиальных шин.

Резины, содержащие новый модификатор, превосходят резину с серийным модификатором - гексолом ХПИ (ТУ 2471-005-00209906-94), взятым в той же дозировке, по следующим показателям: клейкости - на 22-66 кПа; уровню условного напряжения при удлинении 300 % - на 0,4-1,2 МПа; сопротивлению раздиру - на 4-7 кН/м; прочности связи резины с кордом 23 КНТС - на 18-29 Н. По остальным показателям резины с опытными образцами модификатора либо равноценны, либо превосходят резину с серийным модификатором гексолом ХПИ.

Разработанная нами технология получения нового модификатора «гексол М» была успешно апробирована в производственных условиях ОАО «Химпром», г.Волгоград путем выпуска опытно-промышленной партии модификатора (ТУ 2471-252-05763458-98), которая была успешно испытана в условиях промышленного производства в ОАО «Волтайр», г.Волжский при выпуске радиальных шин. Было установлено, что гексол М по своим потребительским и техническим свойствам не уступает другим выпускаемым в промышленном масштабе многофункциональным модификаторам на основе гексахлор-п-ксилола - гексолу ЗВИ (ТУ 2471-007-00209906-95), гексолу ХПИ (ТУ 2471-005-00209906-94) и гепсолу-ХКП (ТУ 6-01-5-81-97, СТО 00203275-220-2008), а по некоторым показателям целевых резин превосходит указанные модификаторы.

Еще одним направлением практического использования трихлорметиларенов стало их успешное применение в качестве соединений, способных инициировать и поддержи-вать термическую полимеризацию циклооктасеры S8, регулировать рост полимерной цепи серы, стабилизировать её концевые фрагменты и препятствовать реверсии полимерной серы в циклооктасеру.

На примере гексахлорпараксилола был продемонстрирован эффект стабилизации полимерной серы, заключающийся во взаимодействии концевых атомов серы полимерной цепи с трихлорметильной группой, с атомом хлора или с дихлорбензильным радикалом с образованием производных серы, например, сульфенилхлоридов:

S-(S)n-S• + Cl3C-C6H4-CCl3 > Cl3C-C6H4-CCl2-S-(S)n-SCl

2(•S-(S)n-S•) + Cl3C-C6H4-CCl3 > ClS-(S)n-S-Cl2C-C6H4-CCl2-S-(S)n-SCl

S-(S)n-S• + 2Cl3C-C6H4-CCl2• > Cl3C-C6H4-CCl2-S-(S)n-S-Cl2C-C6H4-CCl3

Использование ГХПК в качестве стабилизатора полимерной серы позволяет не только повысить выход целевого продукта с 35-37 % (без стабилизатора) до 42-46 %, но и обеспечить его высокую стабильность при хранении за счет предотвращения реверсии полимерной серы в циклическую форму.

Выполненные нами исследования легли в основу разработанного и запатенто-ванного способа получения полимерной серы, в котором ключевыми стадиями процесса являются стадии термической полимеризации серы, стабилизации цепи гексахлор-пара-ксилолом 2е и закалки (резкого охлаждения) полимеризата.

В качестве инициаторов полимеризации циклооктасеры и стабилизаторов полимер-ной серы могут использоваться и другие ТХМА 2, в первую очередь, бифункциональный гексахлор-мета-ксилол (2д) и высоко реакционноспособные о,о'-диметилзамещенные бензотрихлориды - 2,4,6-триметилбензотрихлорид (2и), 2,3,5,6-тетраметил- и 2,3,4,6-тетраметилбензотрихлориды (2к) и (2л).

В результате исследований расширена область практического применения ТХМА 2 в химической, шинной и резинотехнической отрасли промышленности путем создания и применения оригинальных рецептур и экологически эффективных технологий получения высококачественного многофункционального модификатора резиновых смесей «гексола М» и получения «невыцветающего» вулканизующего агента - полимерной серы.

2. Восстановительная конденсация трихлорметиларенов с гидразинами в пиридине.

2.1. Влияние соотношения реагентов на состав и природу продуктов восстановительной конденсации

Ранее в лаборатории гетероциклических соединений ИОХ РАН было обнаружено, что взаимодействие трихлорметиларенов (ТХМА) 2 с гидроксиламином или гидразинами в пиридине приводит к ряду продуктов восстановительной конденсации: к оксимам 10 и нитрилам 11 (образуются при дегидратации оксимов 10) или к бензальдазинам 13 и гидразонам 16.

10, 11, 13: а Ar = C6H5; б Ar = 2,4-Me2C6H3; в Ar = 2,4,5-Me3C6H2; г Ar = 2,4,6-Me3C6H2

В результате восстановительной конденсации бензотрихлорида (2а) с гидразином, наряду с продуктом восстановления трихлорметильной группы - бензальдазином (13а), был также выделен с небольшим выходом 2,5-дифенил-1,3,4-оксадиазол (14а).

Казалось очевидным, что роль восстановителя в этих превращениях играет гидроксиламин или гидразин, использовавшиеся в большом (5-10-кратном) избытке, однако попытки восстановить указанными реагентами соответствующие гидроксимоил- и гидразоноилхлориды, которые рассматривались в качестве наиболее вероятных интермедиатов, не дали чётких результатов - восстановление наблюдалось не во всех случаях. Оставалось неясным, на какой стадии идет восстановление трихлорметильной группы, и какова роль пиридина в этих реакциях.

Для выяснения этих вопросов нами было исследовано влияние молярного соотношения реагентов на природу и состав продуктов восстановительной конденсации. Так, было показано, что уменьшение избытка гидроксиламина вплоть до эквимолярного соотношения с ТХМА 2а,ж-и не приводит к существенному снижению выходов продуктов восстановления - оксимов 3. Аналогичные результаты были получены нами при варьировании количества гидразина в реакциях с ТХМА 2а,ж-и: при уменьшении количества гидразина основными продуктами реакции остаются соответствующие бензальдазины 13а-г, а в случае мезитотрихлорида 2и выход азина 13г при эквимолярном количестве гидразина составил ~ 50 %. Неожиданным оказалось образование небольших количеств продуктов, которые по данным ИК-, ПМР-спектроскопии, масс-спектрометрии и элементного анализа были идентифицированы как не описанные ранее 4-пиридил-гидразоны замещенных бензальдегидов 20б-г.



20: Ar = 2,4-Me2C6H3 (б); Ar = 2,4,5-Me3C6H2 (в); 20г, 21 Ar = 2,4,6-Me3C6H2

Аналогичный продукт - 4-хинолилгидразон мезитоальдегида 21 (выход 20 %) был выделен и при взаимодействии мезитотрихлорида 2и с гидразином в хинолине.

Таким образом, пиридин (хинолин) в процессе восстановительной конденсации является не только растворителем и основанием, связывающим выделяющийся хлороводород, а сам участвует в окислительно-восстановительных превращениях. Такая роль пиридина естественно объясняла и отмеченные выше хорошие выходы оксима 10г и альдазина 13г при эквимольных соотношениях трихлорида 2и с гидроксиламином и гидразином. Дальнейшее исследование позволило выявить основные ступени механизма обсуждаемой реакции.

2.2 Природа восстановителя и механизм восстановительной конденсации

о,о'-дизамещенных трихлорметиларенов с гидроксиламином или гидразинами в пиридине

Полагая, что пиридин непосредственно участвует в восстановлении трихлор-метильной группы, мы исключили из реакционной среды гидроксиламин и гидразин и исследовали непосредственное взаимодействие ТХМА 2а,ж-м с избытком пиридина в растворе хлороформа или хлористого метилена. Было показано, что первой ступенью взаимодействия между пиридином 22а и ТХМА 2а,ж-м является образование хлоридов 1-(,-дихлорбензил)пиридиния 23 (схема 4). Эти соли под действием второй молекулы пиридина могут претерпевать нуклеофильное замещение подвижного -атома хлора дихлорметиленовой группы с образованием дихлорида 1,1'-(-хлорбензил)биспиридиния (24). Согласно литературным данным, подобное направление реакции легко реализуется для родственных N-(-галогеналкил)пиридиниевых солей, приводя к соответствующим биспиридиниевым солям. Нами впервые показано, что такое превращение характерно для монопиридиниевых солей 23, полученных из ТХМА 2а,ж,з,м, но не из стерически затрудненных о,о-дизамещенных ТХМА 2и-л, (схема 4).

2, 23, 24: Ar = Ph (a), Ar = 2,4-Me2C6H3 (ж); Ar = 2,4,5-Me3C6H2 (з); Ar = 2,4,6-Me3C6H2 (и);

Ar = 2,3,4,6-Me4C6H (к); Ar = 2,3,5,6-Me4C6H (л); Ar = 2,3,4,5-Me4C6H (м).

Как известно, образование солей 23а и 24а рассматривалось в качестве начальных стадий реакции Фудживары, протекающей при взаимодействии бензотрихлорида 2а с пиридином и водной щелочью, однако не было экспериментально подтверждено.

Впервые полученные с хорошими выходами (58-93 %) биспиридиниевые соли 24а,ж,з были охарактеризованы спектрами ЯМР 1Н. 2-Метил-, 2,3-диметил- и 2,6-диметилпиридины и 8-метилхинолин в этих же условиях не вступают в реакцию с трихлоридами 2ж и 2з, очевидно, вследствие стерических препятствий. Взаимодействие бензотрихлорида с пиридином в хлороформе не идет даже при нагревании, но происходит при кипячении бензотрихлорида 2а в избытке пиридина, причем основным продуктом реакции является биспиридиниевая соль 24а. Монопиридиниевую соль 23а удается получить в виде стабильного гексахлорантимоната 23а (~ 50 %) при добавлении эквивалентного количества пиридина к предварительно полученной суспензии соли PhCCl2+SbCl6 в хлористом метилене.

о,о-Диметилзамещенные ТХМА 2и-л не образуют биспиридиниевых солей типа 24, очевидно, из-за стерических препятствий. Эти ТХМА, несомненно, способны к образованию монопиридиниевых солей типа 23, о чем свидетельствует успешное получение нами такой соли (23и) из мезитотрихлорида 2и и 4-пиколина (86 %). Однако, подобные соли со свободным положением 4 пиридинового цикла выделить не удается, так как они вступают во взаимодействие с пиридином, которое может приводить не к биспиридиниевым солям 24, а к принципиально иным продуктам, указанным ниже.

Другой тип превращений монопиридиниевых солей 23, представленный на схеме 5, заключается в нуклеофильной атаке хлорид-анионом или пиридином стерически незатрудненного электронодефицитного положения 4 пиридиниевого цикла, что приводит к образованию N-замещенного 4-хлор-1,4-дигидропиридина 25 или N-замещенного 4-(1-пиридинио)-1,4-дигидропиридина 26. Ароматизация последнего с восстановлением одного из бензильных атомов хлора может привести к N-(4-пиридил)пиридиниевой соли 27. Еще один возможный путь образования соли 27 - ароматизация N-замещенного 1,4-дигидропиридина 25 до 4-хлорпиридиниевой соли 28 и превращение последней в соль 27. Отметим, что синтез 1-(4-пиридил)пиридиниевых солей из 4-галогенпиридинов известен.

Установлено, что при проведении реакции о,о'-дизамещенных бензотрихлоридов 2и-л с двумя молями пиридина в хлороформе или хлористом метилене в отсутствие гидроксиламина или гидразинов с хорошими выходами образуются соли 27и-л.

Строение N-(4-пиридил)пиридиниевых солей 27и-л подтверждено спектрами ЯМР 1Н в сухом ДМСО-d6, которые хорошо согласуются с литературными данными для N-(б-хлоралкил)- и N-(б-хлорарилметил)пиридиниевых солей (Anders E., Markus F., Meske H., Tropsch J.G., Maas G. // Chem. Ber., 1987, Bd. 120, S.735-745), а для соли 27и - также данными спектроскопии ЯМР 13С.

Гидролиз солей 27и-л в водном этаноле или водном ДМСО приводит с высокими выходами (до 95 %) к соответствующим замещенным бензальдегидам 29г-е и дихлориду N-(4-пиридил)пиридиния 30а. Гидролизаты гладко реагируют с гидроксиламином или гидразинами, образуя соответствующие производные бензальдегидов 10, 13 или 16 с выходами 60-90 %.

Аналогичные результаты дает и взаимодействие трихлорида 2и с пиридином в мольном соотношении 1 : 4, приводящее с высоким выходом ( 90 %) к соли 27и. Это свидетельствует о том, что подвижный атом хлора бензильного фрагмента соли 27и не может быть замещен находящимся в избытке пиридином из-за очевидных стерических препятствий. Взаимодействие мезитотрихлорида 2и с пиридином в эквимолярном соотношении приводит к получению соли 27и с выходом 76 % в расчете на пиридин, причем в продуктах гидролиза реакционной смеси обнаружены 2,4,6-триметил-бензальдегид 29и, дихлорид 1-(4-пиридил)пиридиния 30а, непрореагировавший исходный трихлорид 2и, а также незначительные количества гидрохлорида пиридина и 2,4,6-триметилбензойной кислоты.



2: a Ar = Ph, ж Ar = 2,4-Me2C6H3, з Ar = 2,4,5-Me3C6H2, и Ar = 2,4,6-Me3C6H2,

к Ar = 2,3,4,6-Me4C6H, л Ar = 2,3,5,6-Me4C6H, м Ar = 2,3,4,5-Me4C6H.

22: a R = H, б R = Me, в R = OH, г R = CONH2, д R = COOEt, e R = Br.

24: a Ar = Ph, б Ar = 2,4,-Me2C6H3, в Ar = 2,4,5-Me3C6H2, г 2,3,4,5-Me4C6H.

28и': R = H, Ar = = 2,4,6-Me3C6H2; 30: а R = H, б R = Me, в R = OH.

31: а R = H, г R = CONH2, д R = COOEt, e R = Br.

Образование осадка соли 27и, малорастворимой в CDCl3 или CD2Cl2, наблюдается уже через 2-3 ч после смешения реагентов, а концентрации интермедиатов 23, 25 и 26, вероятно, настолько малы, что удается обнаружить помимо исходных соединений лишь до 8 мас.% соли 27и. Можно предположить, что лимитирующей стадией реакции ТХМА с пиридином является образование монопиридиниевых солей 23, а последующие стадии протекают значительно быстрее. Добавление пентахлорида сурьмы к реакционной смеси в процессе взаимодействия трихлорида 2и с пиридином позволило зафиксировать в виде гексахлорантимоната 28и 4-хлорпиридиниевую соль, что является убедительным доводом в пользу протекания реакции через образование соединений 25 и 28. При этом возможность образования соли 28и через 1-(4-пиридил)пиридиниевую соль типа 27 исключается, поскольку соль 27и при взаимодействии со SbCl5 гладко превращается в соответствующий гексахлорантимонат 27и. Кроме того, если при взаимодействии ТХМА 2и с пиридином в хлороформе подвергнуть реакционную смесь гидролизу на ранних стадиях реакции, то по спектру ЯМР 1Н, наряду с пиридилпиридиниевой солью 30а, удается обнаружить 4-хлорпиридин 31а, а также гидрохлорид пиридина 22а*HCl, причем массовое соотношение продуктов 30а : 31а : 22а*HCl составляет 4:1:1.

Соли типа 27 были получены с хорошими выходами лишь для о,о-дизамещенных ТХМА 2и-л, однако такие соли удалось обнаружить и для стерически незатрудненных трихлоридов 2а,ж,з. Так, из продуктов взаимодействия трихлорида 2ж с пиридином в условиях, аналогичных использованным при синтезе солей 27и-л, наряду с биспиридиниевой солью 24ж, был выделен (после гидролиза) с выходом 4 % дихлорид N-(4-пиридил)пиридиния 30а. Бензотрихлорид 2а, при обычной температуре довольно инертный по отношению к пиридину, вступает в реакцию при кипячении в избытке последнего, т.е. в условиях восстановительной конденсации, причем наряду с биспиридиниевой солью 24а было выделено небольшое количество (6 %) дихлорида 1-(4-пиридил)пиридиния 30а. Эти результаты подтверждают, что в отсутствие стерических затруднений нуклеофильное замещение атома хлора в соли 23 осуществляется значительно быстрее, чем атака хлор-анионом или пиридином положения 4 этой соли, а также объясняют снижение выходов продуктов восстановительной конденсации (азинов, оксимов) при переходе от мезитотрихлорида к моно-орто-метилзамещенным ТХМА 2ж,з,м и бензотрихлориду 2а.

В отсутствие дополнительных стерических препятствий образование N-(4-пиридил)пиридиниевых солей 27 можно ожидать при взаимодействии тех же трихлоридов 2и-л с замещенными пиридинами, нуклеофильность или сила которых как оснований не ниже, чем у пиридина 22а, например, с 3-замещенными пиридинами 22б,в, несущими электронодонорные заместители. И действительно, нами было показано, что 3-метил-пиридин 22б и 3-гидроксипиридин 22в образуют с ТХМА 2и соли 27, которые при гидролизе дают 2,4,6-триметилбензальдегид 29и и дихлориды N-(3-R-пиридил-4)-3-R-пиридиния 30б,в (схема 5, путь А).

С целью обнаружения или выделения 1,4-дигидропиридиновых интермедиатов типа 25 или 26 мы использовали в исследуемой реакции 3-R-замещенные пиридины с электроноакцепторными заместителями, повышающими электрофильность положения 4 пиридинового цикла и стабилизирующими 1,4-дигидропиридиновую систему. При исследовании методом ЯМР 1Н продуктов реакции трихлорида 2и с никотинамидом 22г был зафиксирован гидрохлорид 4-хлор-1,4-дигидроникотинамида (32). Ароматизация соответствующего указанному 1,4-дигидропиридину интермедиата 25 с восстановлением -дихлорметиленовой группы приводит после гидролиза к гидрохлориду 4-хлор-никотинамида 31г и 2,4,6-триметилбензальдегиду 29и (схема 5, путь «Б» и схема 6).

Аналогично протекает и взаимодействие мезитотрихлорида 2и с этилникотинатом 22д, которое гладко приводит после гидролиза с выходами 60-65 % к 2,4,6-триметил-бензойному альдегиду (29и) и этиловому эфиру 4-хлорникотиновой кислоты (31д). Следует отметить, что в обоих рассмотренных случаях не были обнаружены соответствующие N-(4-пиридил)пиридиниевые соли типа 30, даже если в реакциях использовалось двойное молярное количество никотинамида или этилникотината. Такой результат легко объяснить с учетом как стерических препятствий атаке положения 4, так и пониженной (по сравнению с незамещенным пиридином) нуклеофильности никотинамида и 3-этоксикарбонилпиридина. Приведенные соображения согласуются и с результатами взаимодействия трихлорида 2и с 3-бромпиридином (22е), которое после гидролиза приводит к 3-бром-4-хлорпиридину (31е) и альдегиду 29и (выходы продуктов около 65%):

Из полученных результатов следует, что перенос водорода с 1,4-дигидропириди-нового цикла на дихлорметиленовую группу происходит не в 1,4-дигидропиридил-пиридиниевых солях типа 26, а в N-замещенных 4-хлор-1,4-дигидропиридинах 25. Последние (после ароматизации) могут превращаться в соли типа 27 при отсутствии стерических затруднений и достаточной нуклеофильности пиридинового основания, как это имеет место для 3-пиколина (22б) и 3-гидроксипиридина (22в). В случае пиридинов 22г-е с более объемными заместителями в положении 3 (CONH2, COOEt, Br), которые к тому же понижают нуклеофильность атакующего пиридина, взаимодействие (схема 5, путь а и схема 7) останавливается на стадии образования солей N-(-хлорбензил)-4-хлорпиридиния 28. Последние при гидролизе превращаются в замещенный бензальдегид 29 и 3-R-замещенные 4-хлорпиридины 31г-е, а при действии гидроксиламина или гидразинов - в соответствующие продукты восстановительной конденсации - оксимы и азины или гидразоны.

...