Синтез трихлорметиларенов и их реакции с пиридинами и другими нуклеофилами

48: в R = Ph; г R = 2-НOC6H4; е R = 3-O2NC6H4; о R = 2-C4H3O (фурил).

14: ц R = Ph; ч R = 2-НOC6H4; ш R = 3-O2NC6H4; 54п R = 2-C4H3O (фурил).

Таким образом, были найдены такие условия, которые обусловливают селективное взаимодействие о,о'-дизамещенных трихлорметиларенов с ацилгидразинами по реакции гетероциклизации с образованием дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов. Можно констати-ровать, что данные условия являются необходимыми и достаточными для селективной гетероциклизации любых ТХМА 2 под действием ацилгидразинов или гидразингидрата, причем в качестве основания может быть использован более доступный 4-метилпиридин, который не вступает в реакцию восстановительной конденсации с ТХМА.

4.5 Синтез 2,5-дизамещенных 1,3,4-тиадиазолов взаимодействием трихлорметиларенов с тиоацилгидразинами

Как было показано в разделе 4.1, взаимодействие ТХМА 2а,ж с тиосемикарбазидом 49а в метанольно-пиридиновой смеси позволяет получать продукты гетероциклизации - 2-амино-5-арил-1,3,4-тиадиазолы 53а,б с минорными количествами продуктов восстано-вительной конденсации - тиосемикарбазонов. Было естественно предположить, что найденные нами условия гетероциклизации с образованием 2-амино-5-арил-1,3,4-тиадиазолов или 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов могут оказаться подходящими для синтеза 2,5-дизамещенных 1,3,4-тиадиазолов на основе ТХМА 2 и соответствующих тиоацилгидразинов 49.

И действительно, взаимодействие ТХМА 2а,ж с тиобензгидразидом 49б при кипячении в метанольно-пиридиновой смеси привело к получению 2-арил-5-фенил-1,3,4-тиадиазолов 53в,г с выходами 65 % и 50 % соответственно. Эти результаты являются первыми примерами простого, одностадийного синтеза 2,5-диарил-1,3,4-тиадиазолов:

Сами ТХМА 2 могут выступать как удобные исходные соединения для получения тиоацилгидразинов 49, что и было экспериментально продемонстрировано на примере синтеза тиобензгидразида 49 из бензотрихлорида 2а, гидросульфида натрия и гидразин-гидрата. Выход тиобензгидразида составил 70 %.

Таким образом, проведенные исследования позволили определить оптимальные условия селективного одностадийного синтеза разнообразных 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов из доступных трихлорметиларенов и гидразина или ацил(тиоацил)гидразинов, выявить особенности и основные закономерности процесса гетероциклизации в зависимости от строения и реакционной способности ТХМА и гидразинов. На основании полученных результатов можно констатировать следующее:

- кипячение ТХМА и ацил- или тиоацилгидразинов в спиртовой среде в присутст-вии пиридинового основания в качестве акцептора хлористого водорода представляет собой оптимальные условия процесса гетероциклизации;

- пиридин и его метилзамещенные (4-метилпиридин, 2,6-диметилпиридин и 2,4,6-триметилпиридин) являются наиболее эффективными основаниями, оказывающими непосредственное влияние на селективную гетероциклизацию ТХМА и ацилгидразинов, причем эффект пиридинового основания, по всей видимости, не ограничивается только ролью акцептора хлористого водорода, но и включает активирующее действие основания на ТХМА в реакциях с ацилгидразином и на циклизацию промежуточно возникающих гидразоноилхлоридов;

- в одинаковых условиях реакции выход целевых продуктов гетероциклизации определяется, в первую очередь, строением и реакционной способностью ТХМА и, в меньшей степени, зависит от природы ацилгидразинов;

- использование третичного спирта (трет-бутанола) в качестве растворителя и 4-метилпиридина, 2,6-диметилпиридина или 2,4,6-триметилпиридина в качестве основания позволяет минимизировать или полностью исключить нежелательные процессы алкоголиза и восстановительной конденсации и обеспечить селективное получение 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов из любых трихлорметиларенов и ацилгидразинов или гидразингидрата.

Выводы

1. Установлены основные закономерности селективного радикального хлорирова-ния метилбензолов с получением трихлорметиларенов, бензилидендихлоридов и бензил-хлоридов. Систематически изучены основные направления реакций трихлорметиларенов с N-, О- и S-нуклеофилами - гетероциклизации с получением 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов или 1,3,4-тиадиазолов, гидролиза, ацидолиза или алкоголиза с получением хлорангидридов или сложных эфиров бензойных кислот и восстановительной конденса-ции трихлорметиларенов с гидразинами в пиридине, приводящей к производным соответствующих ароматических альдегидов. Впервые найдены условия, оптимальные для селективной реализации одного из возможных, конкурирующих процессов взаимодействия трихлорметиларенов с N-, О- и S-нуклеофилами.

2. Разработан общий, промышленно значимый способ радикального галогениро-вания алкилароматических, алифатических насыщенных и линейных непредельных углеводородов с использованием высокоэффективных стабилизаторов - эфиров ортофосфорной кислоты, образующих стабильные, недиссоциирующие комплексы с кислотами Льюиса и дезактивирующих каталитический эффект в побочных реакциях электрофильного замещения и дегидрогалогенирования.

3. Впервые определены условия селективного радикального хлорирования метилбензолов в присутствии эфиров ортофосфорной кислоты с получением продуктов заданной степени хлорирования с высокими выходами, высокой конверсией хлора и высокой производительностью процесса.

4. Систематически исследован механизм восстановительной конденсации трихлор-метиларенов с гидразинами в пиридине и впервые установлено, что восстановителем является либо пиридин, либо гидразин в зависимости от наличия и природы заместителей в орто-положениях трихлорметиларена.

5. Восстановительная конденсация трихлорметиларенов, не имеющих орто-заместителей или имеющих один орто-заместитель, преимущественно осуществляется при действии избытка гидразина на первоначально образующиеся гидразоноилхлориды без участия пиридина в акте восстановления. Показана принципиальная возможность реализации этого направления восстановительной конденсации для трихлорметиларенов, имеющих два орто-заместителя.

6. Окислительно-восстановительные превращения о,о-дизамещенных трихлор-метиларенов, протекающие через стадию образования солей N-(,-дихлорбензил)-пиридиния, являются общими в ряду пиридиновых оснований и характерны для 3-R-замещенных пиридинов и хинолина. В зависимости от нуклеофильности атома азота гетероцикла взаимодействие с о,о-дизамещенными ТХМА приводит либо к N-(-хлорбензил)-4-хлор-3-R-пиридиниевым, либо к N-[N--хлорбензил)-3-R-4-пиридил-3-R-пиридиниевым солям. Обнаруженные и изученные превращения моделируют окислительно-восстановительные биохимические процессы с участием никотинамид-адениндинуклеотида (НАДН) и его фосфата и представляют собой новые эффективные методы синтеза о,о-дизамещенных ароматических альдегидов или их производных, а также 4-хлорпиридинов и N-(4-пиридил)пиридиниевых солей.

7. Пиридиниевые соли, генерируемые in situ из о,о-дизамещенных трихлорметил-аренов и пиридинов, являются реакционноспособными гетарилирующими агентами для N- и С-нуклеофилов. Гетарилирование с участием пиридиниевых солей характеризуется исключительной г-селективностью по отношению к пиридину независимо от «жесткого» или «мягкого» характера используемых нуклеофилов. Впервые показана возможность селективного г-гетарилирования С-нуклеофилов 1-(4-пиридил)пиридиниевыми солями с образованием N-(4-пиридил)-4-R-замещенных 1,4-дигидропиридинов.

8. о,о-Диметилзамещенные трихлорметиларены являются удобными алкилирую-щими агентами для г-селективной активации пиридиновых оснований в реакциях гетарилирования как «жестких», так и «мягких» нуклеофилов.

9. Впервые найдены оптимальные условия для селективной гетероциклизации трихлорметиларенов под действием N-, О-нуклеофилов. Разработаны простые и эффек-тивные методы синтеза 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов, 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов из трихлорметиларенов и гидразидов карбоновых кислот или гидразин-гидрата. Показано, что пиридин и его 2-метил- и 4-метилзамещенные являются наиболее эффективными основаниями, которые активируют исходные трихлорметиларены и обусловливают селективное и быстрое протекание гетероциклизации.

10. Разработан новый, одностадийный препаративный метод синтеза 2,5-дизаме-щенных 1,3,4-тиадиазолов на основе трихлорметиларенов и тиоацилгидразинов.

11. Строение всех синтезированных соединений и интермедиатов изученных превращений трихлорметиларенов установлено методами спектроскопии ЯМР 1Н, 13С и масс-спектрометрии. Выявлены специфические направления фрагментации 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов и 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов, пригодные для чёткой идентификации и подтверждения строения этих гетероциклических систем.

12. Существенно расширен синтетический потенциал трихлорметиларенов в промышленном и препаративном синтезе соединений и химических продуктов: аромати-ческих альдегидов и их производных, 4-замещенных пиридинов, 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов, многофункциональных модификаторов резиновых смесей и полимерной серы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Обзоры и статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Поддубный И.С. Региоселективность реакций пиридиниевых и хинолиниевых солей с различными нуклеофилами. // Химия гетероцикл. соедин.- 1995. - № 6.- С.774-815.

2. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Луйксаар С.И., Краюшкин М.М. Трихлор-метиларены в синтезе 1,3,4-оксадиазолов. // В Кн. «Химия и биологическая активность синтетических и природных соединений. Азотистые гетероциклы и алкалоиды». / Под. ред. В.Г.Карцева и Г.А.Толстикова. М.: Иридиум-пресс, 2001. - Т.1. - С.46-52.

3. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. О начальных стадиях восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидроксиламином и гидразинами в пиридине. // Изв. АН, Серия химическая. - 1993. - № 11. - С.1928-1931.

4. Belen'kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Reaction of Trichloromethylarenes with Pyridine: A Novel Synthesis of N-(4-Pyridyl)pyridinium Salts and Aromatic Aldehydes. // Mendeleev Communication. - 1993. - Р.97, 98.

5. Belen'kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Synthesis of 2-Amino-5-aryl-1,3,4-thiadiazoles from Trichloromethylarenes: The Effect of Reaction Conditions. // Phosphorus, Sulfur and Silicon, 1994, Vol. 95-96, Р.469-470.

6. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Краюшкин М.М. Синтез 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов на основе трихлорметиларенов и ацилгидразинов. // Химия гетероцикл. соедин. - 1994. - № 5. - С.686-692.

7. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Стручкова М.И., Краюшкин М.М. Спектры ЯМР 1Н и 13С 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов. // Химия гетероцикл. соедин. - 1994.- № 6.- С.834-842.

8. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Краюшкин М.М. Природа восстановителя и механизм восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидроксиламином и гидразинами в пиридине. // Химия гетероцикл. соедин. - 1995. - № 6. - С.830-842.

9. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Новая редокс-система: трихлорметиларен - пиридиновое основание. // Химия гетероцикл. соедин. - 1995. - № 10.- С.1373-1375.

10. Belen'kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. A New Redox System: Trichloro-methylarene - Pyridine Base. On the Mechanism of the Synthesis of N-(4-Pyridyl)pyridinium Dichloride. // Tetrahedron Letters. - 1995.- Vol. 36, № 28.- Р.5075-5078.

11. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Краюшкин М.М. Взаимодействие трихлор-метиларенов с производными гидразина. Синтез 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов. // Изв. АН, Серия химическая. - 1996.- № 5. - С.1246-1249.

12. Беленький Л.И., Луйксаар С.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Новые синтезы симметричных 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов и 1,4-фениленбис-1,3,4-оксади-азолов. // Изв. АН, Серия химическая. - 1998. - № 11.- С.2309-2316.

13. Кузнецов А.А., Поддубный И.С., Ткачук Л.Н. Совместное получение ацетил-хлорида и бензальдегида из уксусной кислоты и бензальхлорида или кубовых остатков производства хлористого бензила. // Журнал прикладной химии. - 2000. - Т.73, вып.7.- С.1145-1148.

14. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Краюшкин М.М. Реакции мезитотрихлорида с 2-амино- и 2-амино-5-бромпиридинами. // Химия гетероцикл. соедин. - 2000.- № 10.- С.1351-1353.

15. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Луйксаар С.И., Краюшкин М.М. Некоторые реакции пиридиниевых солей, образующихся из трихлорметиларенов, с N- и C-нуклео-филами. // Химия гетероцикл. соедин.- 2000. - № 10. - С.1354-1359.

Статьи в реферируемом журнале и сборниках научных трудов

16. Поддубный И.С. Улучшенный метод радикального хлорирования алкиларо-матических и предельных углеводородов с получением продуктов, используемых в шинной промышленности и в производстве РТИ. // Мир шин. - 2008. - № 9, (52). - С.16-18.

17. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Пути образования 1,2,4- и 1,3,4-оксадиазолов при восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидроксил-амином и гидразинами в пиридине. // Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов. Сборник научн. трудов, Саратов: Изд-во СГУ, 1992. - ч.1. - С.36.

18. Беленький Л.И., Луйксаар С.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Новые синтезы 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов. // Новые достижения в органической химии. Сборник научн. трудов, Саратов: Изд-во СГУ, 1997. - С.28.

Патенты на изобретения

19. Поддубный И.С., Кузнецов А.А., Мудрый Ф.В., Мильготин И.М. Способ получения гексахлорпараксилола. // Патент РФ № 2108317, заявлено 22.11.1996, опубл. 10.04.1998. Бюл. № 10.

20. Богач Е.В., Кузнецов А.А., Мильготин И.М., Мокрушин М.В., Поддубный И.С., Роик Ф.И., Сергеев А.А., Телегин И.В., Ткачук Л.Н., Мудрый Ф.В. Способ получения ацетилхлорида. // Патент РФ № 2135457, заявлено 24.04.1997, опубл.27.08.1999. Бюл. №24.

21. Поддубный И.С., Кузнецов А.А., Мудрый Ф.В., Вараксин В.В., Мильготин И.М., Усманов А.М., Богач Е.В., Головцов И.Н. Способ получения твердого хлорпарафина марки ХП-1100. // Патент РФ № 2136650, заявлено 21.04.1998, опубл. 10.09.1999. Бюл. №25.

22. Богач Е.В., Кузнецов А.А., Куликова О.А., Мильготин И.М., Мудрый Ф.В., Поддубный И.С., Гришин Б.С., Фроликова В.Г., Яловая Л.И., Патент РФ № 2142406, заявлено 21.04.1998, опубл. 10.12.1999. Бюл. № 34.

23. Поддубный И.С., Кузнецов А.А., Мильготин И.М., Мокрушин М.В., Петрухин В.Д. Способ получения бензальдегида. // Патент РФ № 2180329, заявлено 28.04.2000, опубл. 10.03.2002. Бюл. № 7.

24. Кузнецов А.А., Поддубный И.С., Богач Е.В., Мильготин И.М., Мудрый Ф.В., Гришин Б.С., Гончарова Л.Т., Пичугин А.М., Сафронова Л.В. Модификатор для резиновых смесей (варианты) и способ его получения (варианты) // Патент РФ № 2213108, заявлено 30.08.2000, опубл. 27.09.2003. Бюл. № 27.

25. Кутянин Л.И., Кузнецов А.А., Поддубный И.С., Иванова Н.А., Сергеев С.А. Способ стабилизации галогенированных парафинов. // Патент РФ № 2245318, заявлено 14.08.2002, опубл. 27.01.2005. Бюл. № 3.

Тезисы докладов

26. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Конденсация трихлор-метиларенов с тиосемикарбазидом. // Сб. тезисов XVIII Конференции по химии и техноло-гии органических соединений серы. Казань, 1992. - С.25.

27. Belen'kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Mechanism of Redox Condensation of Trichloromethylarenes with Hydroxylamine or Hydrazine in Pyridine. A Novel Synthesis of 1-(4-Pyridyl)pyridinium dichloride. // Abstracts of papers of XIV International Congress on Heterocycles Chemistry. - Antverpen, Belgium. - 1993, PO 3-169.

28. Belen'kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Synthesis of 2-Amino-5-aryl-1,3,4-thiadiazoles from Trichloromethylarenes: The Effect of Reaction Conditions. // Abstracts of papers of 16th International Symposium on Chemistry of Organic Compounds of Sulfur, Merseburg. - 1994, О 3.10, Р.98.

29. Belen'kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Synthesis of 1,3,4-Oxadiazoles and 1,3,4-Thiadiazoles from Trichloromethylarenes: The Effect of Reaction Conditions. // Abstracts of papers of 10th International Conference on Organic Synthesis. - Bangalore, India. - 1994. - P-FRI-61.

30. Belen'kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. A New Redox System: Trichloro-methylarene - Pyridine Base. // Abstracts of papers 14th International Congress on Heterocyclic Chemistry, August 6-19, 1995. Taipei International Convention Center. - 1995. - PO3-269.

31. Belen'kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. A New Redox System: Trichloro-methylarene - Pyridine Base. // Abstracts of papers Vth Symposium on Heterocyclic Chemistry Blue Danube, June 14-17, 1995. - Casta Paperniсka, Slovakia, 1995. - OP 12.

32. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Новая редокс-система: трихлорметиларен - пиридиновое основание. // Сб. тезисов Межинститутского коллокви-ума “Химия азотистых гетероциклов”. Черноголовка, 1995. - С.6.

33. Belen'kii L.I., Luiksaar S.I., Poddubnyi I.S., Krayushkin M.M. New synthesis of 2,5-disubstituted 1,3,4-oxadiazoles and 1,4-phenylene-bis-1,3,4-oxadiazoles. // Electronic Conference on Heterocyclic Chemistry, Synthesis and Methodology, 29 June - 24 July 1998 (http//www.ch.ic.ac.uk/ectoc/echet98/ectoc mol.html).

34. Инжинова Л.М., Чеботарева Л.С., Худоян И.С., Кузнецов А.А., Поддубный И.С., Мудрый Ф.В. Исследование свойств модификаторов на основе гексахлорпара-ксилола и поливинилхлорида. // Сырье и материалы для резиновой промышленности. Настоящее и будущее. Тезисы докл. Пятой Российской научно-практической конференции резинщиков, Москва, 1998. - С.155-157.

35. Кузнецов А.А., Куликова О.А., Мудрый Ф.В., Поддубный И.С., Яловая Л.И., Фроликова В.Г. Разработка технологии получения полимерной серы на ОАО “Химпром” г. Волгоград. 1. Сравнительные испытания лабораторных образцов. // Сырье и материалы для резиновой промышленности. Настоящее и будущее. Тезисы докл. Пятой Российской научно-практической конференции резинщиков. Москва, 1998. - С.168, 169.

36. Беленький Л.И., Броховецкий Д.Б., Поддубный И.С., Луйксаар С.И., Краюшкин М.М. Гетероциклизация и восстановительная конденсация - конкурирующие реакции трихлорметиларенов с гидроксиламином и гидразинами. // Сб. тезисов 1-ой Всероссий-ской конференции по химии гетероциклов памяти А.Н.Коста. Суздаль, 2000. - С.19.

37. Поддубный И.С. Улучшенный метод радикального хлорирования алкиларома-тических и предельных углеводородов с получением продуктов, используемых в шинной промышленности и в производстве РТИ. // Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технологии. Тезисы докл. XIV Международной научно-практической конференции. Москва. - 2008. - С.174-176.

38. Поддубный И.С. Новый эффективный способ получения высокостабильных галогенированных парафинов, используемых в производстве РТИ и полимерных композиций. // Сб. тезисов XIX Симпозиума “Проблемы шин и резинокордных композитов”. Москва, 2008. - том 2. - С.140-144.

Размещено на Allbest.ru