Каталитическое ацилирование бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УЗБЕКИСТАНА ИМЕНИ МИРЗО УЛУГБЕКА

УДК 547.787.3`789.6`785.5`856.1`582.1`

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

Каталитическое ацилирование бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов

02.00.03-Органическая химия

кандидата химических наук

Тахиров Юлдаш Ражабович

Ташкент-2011

Диссертационная работа выполнена в отделе органического синтеза Института химии растительных веществ АН РУз и на кафедре общей химии Ургенчского государственного университета им. Аль-Хорезми

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Шахидоятов Хуснутдин Мухитович

Официальные оппоненты: доктор химических наук Абдугафуров Ибрагимджан Азизович

доктор химических наук Абдушукуров Анвар Кабирович

Ведущая организация: Институт биоорганической химии им. Садыкова А.С. АН РУз

Защита состоится «_____» ____________2011 года в _____ часов на заседании Объединенного специализированного совета Д 067.02.09. при Национальном университете Узбекистана имени Мирзо Улугбека по адресу: 100174, г. Ташкент, Вузгородок, Химический факультет, аудитория 225.

тел: (998-71) 227-12-24, факс: (998-71) 246-53-21, 246-02-24.

е-mail: yuldash_78@mail.ru

C диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Национального университета Узбекистана имени Мирзо Улугбека по адресу: 100174, г. Ташкент, Вузгородок.

Автореферат разослан «______»____________2011 года

Ученый секретарь Объединенного

специализированного совета

кандидат химических наук А.Х. Хайитбоев

ацилирование ароматический каталитический катализатор

Резюмеси

Таянч сўзлар: бензазолин-2-онлар, хиназолин-2,4-дионлар, электрофил алмашиниш, ациллаш, Льюис кислоталари, бензоилхлоридлар, нисбий фаоллик.

Тад?и?от объектлари: бензоксазолин-2-онлар, бензотиазолин-2-онлар, бензимидазолин-2-онлар, хиназолин-2,4-дионлар.

Ишнинг ма?сади: бензазолин-2-онлар ва хиназолин-2,4-дионлар ?аторида ациллаш реакцияларини систематик тад?и? этиш ва реакцияларнинг му?обил шароитларини ани?лаш. Ациллаш реакцияларининг йўналиши ва боришига таъсир этувчи омилларни ани?лаш.

Бензазолин-2-онлар ва хиназолин-2,4-дион ?осилаларини синтез ?илишнинг ?улай ва самарали усулларини ишлаб чи?иш, улар орасида биологик фаол моддалар излаш.

Тад?и?от методлари: нозик органик синтез, И?, ЯМР ¹Н спектроскопия, масс-спектрометрия, Ю?Х, РТТ.

Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги: бензазолин-2-онлар ва хиназолин-2,4-дионларни карбон кислота хлорангидридлари билан Льюис кислоталарининг каталитик ми?дори иштирокидаги ациллаш реакциялари эритувчисиз ва нитробензолда ўрганилиб, тегишли ацил ма?сулотлар синтези амалга оширилган. Субстрат ва ацилловчи агентларнинг табиатига ?араб реакциялар ?ар хил йўналишда бориб, 3-, 5- ва 6-ацил ма?сулотлар ?осил бўлиши кўрсатилган. 3-Бензилбензоксазолин-2-онни каталитик ациллаш реакцияларида катализаторлар ва 4-алмашинган бензоилхлоридларнинг нисбий фаоллик ?атори ани?ланган.

Амалий а?амияти: тад?и?отлар натижасида 6-ацилбензазолин-2-онлар, 3-бензил-6-ацилбензоксазолин-2-онлар ва 6-ацилхиназолин-2,4-дионлар синтезининг содда ва ?улай усуллари ишлаб чи?илган. Бензоксазолин-2-онлар ва 3-бензилбензоксазолин-2-онларнинг алифатик кислоталар хлорангидрид-лари билан нитробензолда амалга ошириб бўлмаган реакцияларини эритувчисиз амалга ошириш имконияти кўрсатилган. Синтез ?илинган моддалар орасида биологик фаол моддалар борлиги ани?ланган.

Татби? этиш даражаси ва и?тисодий самарадорлиги: синтез ?илинган моддалар орасида дефолиантлик ва фунгицидлик фаолликка эга бўлган моддалар топилган. Улар келажакда пестицидлар сифатида ишлатилиши мумкин.

?ўлланиш со?аси: органик кимё, ?ишло? хўжалиги.

Резюме

диссертации Тахирова Юлдаша Ражабовича на тему: «Каталитическое ацилирование бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов» на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 - Органическая химия

Ключевые слова: бензазолин-2-оны, хиназолин-2,4-дионы, электро-фильное замещение, ацилирование, кислоты Льюиса, бензоилхлориды, относительная активность.

Объекты исследования: бензоксазолин-2-оны, бензотиазолин-2-оны, бензимидазолин-2-оны, хиназолин-2,4-дионы.

Цель работы: систематическое исследование реакций ацилирования в ряду бензазолин-2-онов, хиназолин-2,4-дионов и выявление оптимальных условий реакции. Выявление факторов, влияющих на ход и направление реакций ацилирования.

Разработка удобных, эффективных методов синтеза производных бензазолин-2-онов, хиназолин-2,4-дионов и изыскание среди них биологически активных веществ.

Методы исследования: тонкий органический синтез, методы ИК, ЯМР ¹Н спектроскопии, масс-спектрометрия, ТСХ, РСА.

Полученные результаты и их новизна: впервые изучением реакции бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов с хлорангидридами карбоновых кислот с использованием каталитических количеств кислот Льюиса в отсутствии растворителя и нитробензоле, осуществлен синтез соответствующих ацилпроизводных. Показано, что реакции ацилирования в зависимости от природы субстратов и ацилирующих агентов протекают в разных направлениях с образованием соответствующих 3-, 5- и 6-ацил-производных. Установлен ряд относительной активности катализаторов и 4-замещенных бензоилхлоридов в реакциях каталитического ацилирования 3-бензилбензоксазолин-2-она.

Практическая значимость: в результате проведенных исследований разработаны простые и удобные методы синтеза 6-ацилбензазолин-2-онов, 3-бензил-6-ацилбензоксазолин-2-онов и 6-ацилхиназолин-2,4-дионов. Показано возможность осуществления реакций бензоксазолин-2-онов и 3-бензилбензоксазолин-2-онов с хлорангидрадами алифатических кислот в отсутствии растворителя, что не удавалось при применении нитробензола. Среди синтезированных соединений выявлены биологически активные вещества.

Степень внедрения и экономическая эффективность: среди синтезированных соединений выявлены вещества, обладающие дефолиирующей и фунгицидной активностью. В перспективе они могут найти применение в качестве пестицидов в сельском хозяйстве.

Область применения: органическая химия, сельское хозяйство.

Resume

Thesis of Takhirov Yuldash Rajabovich on the scientific dеgree competition of the doctor of philosophy in chemistry on speciality 02.00.03 - Organic chemisty subject: «Catalytiс acylation of benzazoline-2-ones and quinazolin-2,4-diones».

Key words: benzazoline-2-ones, quinazolin-2,4-diones, electrophilic substitutions, acylation, chlorosulphonation, Lewis acids, benzoyl chlorides, relative activity.

Subjects of research: benzothiazoline-2-ones, benzoxazoline-2-ones, benzimidazoline-2-ones, quinazolin-2,4-diones.

Purpose of work: systematic study of acylation reactions in the series of benzazoline-2-ones, quinazolin-2,4-diones and revealing the optimal conditions of reactions. Revealing of the factors influencing to course and direction of acylation reactions.

Development of convenient, effective methods of the synthesis of benzazoline-2-one, quinazolin-2,4-dione derivatives and search among them of biologically active compounds.

Methods of research: fine organic syntheses, methods of IR, NMR ¹H spectroscopy, mass-spectrometry, TLC, X-ray.

The results obtained and their novelty: for the first time, by investigation of benzazoline-2-one, quinazolin-2,4-dione reactions with acid chlorides using of catalytic quantity of Lewis acid in without of solvent and in nitrobenzene, the synthesis of corresponding acylderivatives have been carried out.

Were shown, that acylation reactions give 3-, 5- and 6-acylderivatives depend on nature of substrate and acylating agents. The relative activity of 4-substituted benzoyl chloride series and catalysts in catalytic acylation reactions of 3-benzyl-benzoxazoline-2-ones have been established.

Practical value: in the results of conducted investigations were developed the way of syntheses of the 6-acylbenzazoline-2-ones, 3-benzyl-6-acylbenzoxazoline-2-ones, 6-acylquinazolin-2,4-diones. It was found, that the possibility of carrying out reaction of benzoxazoline-2-ones and 3-benzylbenzoxazoline-2-ones with acid chlorides, wich impossible in using of nitrobenzene.

Among synthesized compounds are revealed the biologically active substances.

Degree of embed and economical effectivity: among of the synthesized compounds are revealed substances, possessing plant defoliating and fungicidal activities. In future they can find their usage as pesticides.

Field of application: organic chemistry, agriculture.

Общая характеристика диссертации

Актуальность работы. В настоящее время в области органической химии повышенное внимание уделяется так называемой «зеленой химии», использующей реагенты безопасные для окружающей среды и в частности, методики без применения растворителя. Проводимые реакции без растворителя обеспечивают чистоту, экологическую безопасность и высокую эффективность превращений и к тому же удобны благодаря упрощенной обработке.

Ацилирование бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов по Фриделю-Крафтсу до настоящего времени остается малоизученным, а каталитическое ацилирование их с использованием кислот Льюиса в отсутствии растворителей вообще не изучено. Поэтому систематическое исследование ацилирования бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов является актуальной задачей.

Степень изученности проблемы. Ацилирование бензазолин-2-онов с использованием избытка и каталитических количеств катализаторов мало изучено. Но данные реакции в отсутствии растворителей вообще не проводились. Поэтому систематическое исследование реакций ацилирования бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов с использованием каталитических количеств катализаторов без растворителя, сравнение полученных данных в растворителе, изучение влияния заместителей в субстрате и ацилирующих агентах, а также выявление факторов, влияющих на направление и ход реакций ацилирования является фундаментальной задачей органической химии. Решению перечисленных вопросов посвящена данная диссертационная работа.

Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.

Диссертационная работа выполнена в отделе органического синтеза Института химии растительных веществ им. акад. С. Ю. Юнусова АН РУз, Ургенчском государственном университете имени Аль-Харезми и является частью фундаментальных работ по программе ФПФИ 70-08: «Множественная реакционная способность циклических амидов и тиоамидов», ФА-А6-Т114: «Создание гербицида Мебинол избирательного типа действия» и ФА-Ф4- Т-012: «Теоретические обоснования гидрофобно-лиофильного баланса бензазолов на гербицидную активность».

Цель исследования: систематическое исследование реакций ацилирования бензоксазолин-, бензотиазолин-, бензимидазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов с использованием каталитических количеств катали-заторов. Разработка простых и удобных методов синтеза 6-ацилбензазолин-2-онов, -хиназолин-2,4-дионов. Определение ряда относительной активности катализаторов и 4-замещенных бензоилхлоридов при ацилировании 3-бензилбензоксазолин-2-она в присутствии каталитических количеств кислот Льюиса. Изучение влияния атомов галогенов в положении 6 бензоксазолин-2-онов на направление и ход реакции ацилирования. Исследование направления каталитического ацилирования 3-бензилбензоксазолин-2-онов. Поиск биологических активных соединений (БАС) среди синтезированных веществ.

Задачи исследования:

-изучение реакции ацилирования бензоксазолин-2-онов хлорангидридами хлоруксусной, н-масляной, изомасляной, н-валериановой, изовалериановой, бензойной, п-толуиловой, анисовой, п-бром- и п-нитробензойной кислот с использованием каталитических количеств кислот Льюиса без растворителя и сравнительное исследование ее в нитробензоле;

-проведение реакции ацилирования бензотиазолин-2-онов и бензимида-золин-2-онов хлорангидридами бензойной, п-толуиловой, анисовой, п-бром- и п-нитробензойной кислот в присутствии каталитических количеств FeCl₃•6H₂O;

-изучение направления реакции ацилирования 3-бензилбензоксазолин-2-онов хлорангидридами алифатических и ароматических кислот с использованием каталитических количеств кислот Льюиса;

-определение направления реакций ацилирования 6-галоген-бензоксазолин-2-онов хлорангидридами алифатических и ароматических кислот в присутствии каталитических количеств катализаторов;

-установление ряда относительной активности катализаторов и 4-заме-щенных бензоилхлоридов при ацилировании 3-бензилбензоксазолин-2-она;

-изучение реакции ацилирования хиназолин-2,4-дионов хлорангидридами ароматических кислот с использованием каталитических количеств FeCl₃•6H₂O в отсутствии растворителей;

-изучение биологической активности синтезированных соединений.

Объект и предмет исследования. Объектами исследования являются 6-ацилбензоксазолин-2-оны, -бензотиазолин-2-оны, -бензимидазолин-2-оны и -хиназолин-2,4-дионы.

Предмет исследования: синтез 6-ацил-, 3-ацилбензоксазолин-2-онов, 3-ацил-6-галоген-, 5-ацил-6-галогенбензоксазолин-2-онов, 3-бензил-6-ацил-бензоксазолин-2-онов, 6-ацилбензотиазолин-2-онов, -бензимидазолин-2-онов и 6-ацилхиназолин-2,4-дионов.

Методы исследования: методы тонкого органического синтеза, ИК, ЯМР ¹H спектроскопия, масс-спектрометрия, рентгеноструктурный анализ, тонкослойная хроматография, элементный анализ.

Гипотеза исследования. Предполагается изучение каталитического ацилирования бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов. Намечается выяснить направление ацилирования в зависимости от природы заместителей в субстрате реагентов и поиск биологически активных соединений.

Основные положения, выносимые на защиту:

-методы ацилирования бензоксазолин-2-онов хлорангидридами алифати-ческих и ароматических кислот в присутствии каталитических количеств кислот Льюиса без растворителя и в нитробензоле; синтез 6- и 3-ацил-бензоксазолин-2-онов;

-результаты ацилирования бензотиазолин- и бензимидазолин-2-онов хлорангидридами ароматических кислот с использованием каталитических количеств кислот Льюиса без растворителя и в нитробензоле; синтез 6-ароил-бензотиазолин-2-онов и -бензимидазолин-2-онов;

-изучение направления реакций ацилирования 6-галогенбензоксазолин-2-онов хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии каталитических количеств кислот Льюиса без растворителя и в нитробензоле; синтез 3-ацил- 6-галоген- и 3-метил-5-ацил-6-галогенбензоксазолин-2-онов;

-исследование направления реакции ацилирования 3-бензил-бензоксазолин-2-онов хлорангидридами алифатических и ароматических кислот в присутствии каталитических количеств кислот Льюиса без растворителя и в нитробензоле; синтез 3-бензил-6-ацилбензоксазолин-2-онов;

-результаты относительной активности катализаторов и 4-замещенных бензоилхлоридов при каталитическом ацилировании 3-бензилбензоксазолин-2-она;

-изучение взаимодействия хиназолин-2,4-дионов с хлорангидридами ароматических кислот в присутствии каталитических количеств катализаторов без растворителя; синтез 6-ароилхиназолин-2,4-дионов;

-сравнение данных, полученных при ацилировании в нитробензоле и в отсутствии растворителя;

-результаты поиска БАС среди синтезированных веществ.

Научная новизна работы. Систематически исследованы реакции ацилирования бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов. Впервые показана возможность ацилирования бензоксазолин-2-онов хлорангидридами алифатических кислот с использованием каталитических количеств катализаторов в отсутствии растворителя, приводящее к образованию 6- и 3-ацилбензоксазолин-2-онов.

Установлено, что направление реакции ацилирования бензазолин-2-онов зависит от строения субстрата и ацилгалогенидов. В случае бензоксазолин-2-она ацильная группа вступает в положение 6 бензоксазолин-2-она, а в случае ацилгалогенидов разветвленного строения - в положение 3 с образованием 3-ацилбензоксазолин-2-онов. При наличии в положении 3 метильной группы, ацилирование независимо от строения ацилгалогенидов идет с образованием исключительно 3-метил-6-ацилбензоксазолин-2-онов.

Показано, что направление реакции ацилирования 6-галоген-бензоксазолин-2-онов хлорангидридами карбоновых кислот зависит от наличия заместителя у атома азота N-3: в случае незамещенных 6-галоген-бензоксазолин-2-онов образуются 3-ацил-6-галогенбензоксазолин-2-оны, а ацилирование 3-метил-6-хлорбензоксазолин-2-она приводит к образованию 3-метил-5-ацил-6-хлорбензоксазолин-2-онов.

Обнаружено, что при взаимодействии 3-бензилбензоксазолин-2-онов с хлорангидридами карбоновых кислот ацильная группа вступает в положение 6 бензоксазолин-2-она, т.е. образуются 3-бензил-6-ацилбензоксазолин-2-оны; при этом ацилирование бензильной части молекулы не имеет место.

Изучением каталитического ацилирования бензотиазолин-2-онов и бензимидазолин-2-онов хлорангидридами ароматических кислот без растворителя и в нитробензоле с высокими выходами получены соответствующие 6-ароилбензазолин-2-оны.

Установлено, что при каталитическом ацилировании бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов без растворителя реакции протекают в более мягких условиях и соответствующие ацилпродукты образуются с более высокими выходами по сравнению с проведением реакции в нитробензоле.

Среди синтезированных соединений выявлены вещества, обладающие дефолиирующей и фунгицидной активностью.

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Разработаны методы ацилирования бензазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов хлорангидридами карбоновых кислот с использованием каталити-ческих количеств кислот Льюиса без растворителя и в нитробензоле. Установлено, что во всех случаях реакции ацилирования в отсутствии растворителя протекают при более низкой температуре (150-160⁰С) и с большим выходом ацилпроизводных.

Впервые разработан метод ацилирования бензоксазолин-2-онов хлорангидридами алифатических кислот в присутствии каталитических количеств катализаторов без растворителя, что не удавалось осуществить в нитробензоле. Показано, что направление данной реакции зависит от строения субстратов и от разветвленности хлорангидридов алифатических кислот. Хлорангидриды нормальных алифатических кислот независимо от строения субстрата образуют 6-ацилбензоксазолин-2-оны. Хлорангидриды разветвлен-ных алифатических кислот в случае бензоксазолин-2-она вступают в положение 3, а в случае 3-метилбензоксазолин-2-она - в положение 6 с образованием 3-ацилбензоксазолин-2-онов и 3-метил-6-ацилбензоксазолин-2-онов, соответственно. Эти исследования позволили разработать способы получения указанных ацилпроизводных.

Разработано селективное ацилирование 6-галоген-, 3-метил-6-хлор-бензоксазолин-2-онов и 3-бензилбензоксазолин-2-онов.

Изучением взаимодействия бензотиазолин-2-онов, бензимидазолин-2-онов и хиназолин-2,4-дионов с хлорангидридами ароматических кислот в присутствии каталитических количеств FeCl₃•6H₂O без растворителя осуществлен синтез 6-ароилбензазолин-2-онов и 6-ароилхиназолин-2,4-дионов.

Среди синтезированных соединений выявлены вещества, обладающие дефолиирующей и фунгицидной активностью.

Реализация результатов. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для практических работ по ацилированию гетероциклических соединений. Выявленные среди синтезированных соединений вещества, обладающие фунгицидным и дефолирующим действием, могут в перспективе использованы в качестве пестицидов в сельском хозяйстве.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на республиканской научной конференции молодых учёных, посвященной памяти академика С.Ю. Юнусова (Ташкент, 2005), международных конференциях «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности» (Санкт-Петербург, 2006), посвященной 175-летию со дня рождения Д.И. Менделеева и 80-летию создания химического факультета Санкт-Петербургского университета «Основные тенденции развития химии в начале XXI века» (Санкт-Петербург, 2009).

Опубликованность результатов. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 7 научных статей и 3 тезиса докладов на научнопрактических конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора научной литературы (глава 1), обсуждения полученных результатов (глава 2), экспериментальной части (глава 3), выводов, списка использованной литературы, содержащего 135 отечественных и зарубежных источников и приложения. Работа изложена на 113 страницах компьютерного текста, содержит 14 таблиц и 3 рисунка.

Автор выражает искреннюю благодарность кандидату химических наук, старшему научному сотруднику Н.С. Мухамедову за научное содействие при выполнении диссертационной работы.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность задачи и степень изученности проблемы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, указаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов. В 1 главе приведен обзор литературы, посвященный вопросам ацилирования ароматических и гетероциклических соединений по Фриделю-Крафтсу. В главе 2 обсуждены полученные результаты, а в 3 главе приведены экспериментальная часть и заключение.

Взаимодействие бензоксазолин-2-онов с хлорангидридами кислот в присутствии FeCl₃•6H₂O

Ранее ацилированием бензоксазолин-2-онов хлорангидридами ароматических кислот в присутствии каталитических количеств ZnCl₂ в нитробензоле была показана возможность синтеза соответствующих 6-ароил-бензоксазолин-2-онов. Следует отметить, что в данных условиях не удалось осуществить реакцию с хлорангидридами алифатических кислот.

Реакции бензоксазолин-2-она (1) и 3-метилбензоксазолин-2-она (2) с хлорангидридами алифатических (хлоруксусной, н-масляной, изомасляной, н-валериановой, изовалериановой) кислот (3-7) в присутствии FeCl₃^.6H₂O проводили при температуре 130-150⁰С без растворителя при соотношении реагентов 1,2:3-7:FeCl₃^.6H₂O=1:1,5:1^.10^-2.

В результате реакции бензоксазолин-2-она (1) и 3-метилбензоксазолин-2-она (2) с хлорангидридами алифатических кислот нормального строения независимо от строения субстрата образуются соответствующие 6-ацил-бензоксазолин-2-оны (8-15). При этом в случае самого бензоксазолин-2-она (1) возможные продукты N-3-ацилирования не были обнаружены, т.е. реакция идет исключительно по атому углерода в положении 6. В отличие от этого при ацилировании бензоксазолин-2-она (1) хлорангидридами кислот разветвлен-ного строения меняется направление реакции ацилирования и образуются 3-ацилбензоксазолин-2-оны (16,17). Вероятно, этот факт объясняется стерическими факторами разветвленных алкильных остатков ацилирующих агентов и меньшей электрофильностью их комплексов с кислотами Льюиса, которые недостатично эффективны для С-ацилирования (табл.1).

Таблица 1. Некоторые физико-химические характеристики соединений 8-17

Соединение	Брутто формула	Температура плавления, 0С	Масс-спектр, М+, м/z	Выход, %
8	C9H6NO3Сl	250-252	-	21
9	C11H11NO3	180-182	-	37
10	C12H13NO3	157-158	-	28
11	C9H6NO3Сl	155-157	-	36
12	C12H13NO3	152-153	-	41
13	С13Н15NO3	134-135	233	68
14	C12H13NO3	146-148	219	48
15	С13Н15NO3	115-116	233	69
16	C11H11NO3	105-107	-	42
17	C12H13NO3	92-94	-	31

Строение синтезированных соединений 8-17 подтверждено данными ИК, ЯМР ¹H спектроскопии, масс-спектрометрии и сравнением их констант с литературными данными, а в случае соединений 16,17 также встречным синтезом. В ИК спектрах соединений 8-15 характерными являются появление полос поглощения валентных колебаний карбонильной группы в положении 6 в области 1660-1680 см^-1, а также неплоских деформационных колебаний CH 1,2,4-тризамещенного бензольного кольца в области 805-825 см^-1 и 870-885 см^-1. Строение соединений 16 и 17 также подтверждено встречным синтезом. Они были идентичными с продуктами взаимодействия соединения 1 с изобутироилхлоридом (5) и изовалероилхлоридом (7) в присутствии триэтиламина при комнатной температуре.

Ранее была показана возможность ацилирования бензоксазолин-2-онов хлорангидридами ароматических кислот с использованием каталитических количеств кислот Льюиса в нитробензоле. Однако, в данных реакциях выходы 6-ароилбензоксазолин-2-онов были не высокие и перегонка нитробензола осуществлялась длительной отгонкой с водяным паром.

С целью разработки простого, удобного метода ацилирования и для сопоставления полученных результатов в нитробензоле представлялось интересным изучить ацилирование бензоксазолин-2-онов (1,2) хлорангидри-дами ароматических кислот без растворителя.

Реакции соединений 1,2 с хлорангидридами бензойной, п-толуиловой, анисовой, п-бром- и п-нитробензойной кислот (18-22) в присутствии FeCl₃^.6H₂O проводили при соотношении реагентов 1,2:18-22:FeCl₃^.6H₂O =1:1,5:1^.10^-2 и температуре 150-160⁰С без растворителя (метод А) и при 200-210⁰С в нитробензоле (метод Б). В результате реакций получены соответствующие 6-ароилбензоксазолин-2-оны (23-32) (табл.2).

Таблица 2. Некоторые физико-химические характеристики соединений 23-32

Cоединение	Т.пл., 0С	Растворитель для перекристаллизации	Выход, %
			Метод А	Метод Б
23	167-169	Бензол	75	56
24	222-224	Этанол	65	48
25	274-276	Этанол	78	45
26	218-220	Этанол	79	66
27	226-228	Этанол	81	70
28	145-147	Этанол	82	74
29	146-148	Этанол	79	68
30	178-180	Ацетонитрил	82	62
31	140-142	Этанол	86	80
32	155-157	Ацетонитрил	94	85

Как показали исследования, выходы 6-ароилбензоксазолин-2-онов (23-32) больше при ацилировании соединений 1,2 в отсутствии растворителя (метод А), чем в нитробензоле (метод Б). Кроме того, по методу А реакции идут в относительно мягких условиях. Этот метод является удобным и простым, поскольку в данном случае отпадает необходимость длительной отгонки нитробензола с водяным паром.

Ацилирование бензотиазолин-2-онов и бензимидазолин-2-онов хлорангидридами ароматических кислот с использованием каталитических количеств FeCl₃•6H₂O

Продолжая исследования по ацилированию бензазолин-2-онов представлялось интересным изучить ацилирование бензотиазолин-2-онов и бензимидазолин-2-онов, так как в подобных исследованиях с их кислородным аналогом - бензоксазолин-2-онами получены сравнительно лучшие результаты.

Взаимодействие бензотиазолин-2-онов (33,34) и бензимидазолин-2-онов (45,46) с хлорангидридами ароматических кислот 18-22 осуществляли при соотношении реагентов 33,34,45,46:18-22:FeCl₃^.6H₂O=1:1,5:1^.10^-2 и температуре 150-160⁰С без растворителя. Для сравнения полученных результатов реакция была проведена при 200-210⁰С в нитробензоле. В результате реакций получены соответствующие 6-ароилбензотиазолин-2-оны (35-44) (табл.3) и 5(6)-ароилбензимидазолин-2-оны (47-56) (табл.4).

Таблица 3. Выходы и температуры плавления 6-ароилбензотиазолин-2-онов (35-44)

Cоединение	Т.пл., 0С	Растворитель для перекристаллизации	Выход, %
			Метод А	Метод Б
35	209-211	Этанол	75	65
36	223-225	Этанол	68	51
37	235-236	Метанол	63	46
38	266-268	Этанол	81	75
39	241-243	Уксусная кислота	88	82
40	145-147	Водный этанол	80	66
41	106-108	Бензол	75	56
42	118-120	Бензол	70	50
43	135-137	Этанол	85	79
44	138-139	Этанол	93	88

Следует отметить, что выходы соединений 35-44, 47-56 больше по методу А, чем методу Б, как и в случае бензоксазолин-2-онов.

Таблица 4. Некоторые физико-химические характеристики соединений 47-56

Cоединение	Т.пл., 0С	Растворитель для перекристаллизации	Выход, %
			Метод А	Метод Б
47	303-304	Уксусная кислота	65	52
48	282-284	Этанол	59	45
49	274-276	Ацетонитрил	52	40
50	283-285	Уксусная кислота	69	51
51	345-346	Уксусная кислота	77	57
52	138-140	Этанол	74	60
53	160-162	Бензол	63	50
54	154-156	Бензол	58	41
55	166-168	Этанол	74	51
56	138-139	Этанол	83	68

Строение синтезированных 5(6)-ароилбензимидазолин-2-онов (47-56) подтверждено методами ИК, ЯМР ¹H спектроскопии, масс-спектрометрии и данными элементного анализа. Для ИК спектров соединений 47-56 (табл.5)

Таблица 5. Некоторые физико-химические и спектральные характеристики 5(6)-ароилбензимидазолин-2-онов (47-56)

Соединение	Брутто формула	Найдено, % N Вычислено, % N	Найдено, % C Вычислено, % C	Найдено, % H Вычислено, % H	Масс-спектр	ИК-спектр, г, см-1
					М+ (m/z)	C=O положения 5	С=О гетеро-цикла	NH
47	C14H10N2O2	-	-	-	-	-	-	-
48	C15H12N2O2	10,96 11,11	71,31 71,42	4,91 4,76	252	1650	1750	3200
49	C15H12N2O3	10,67 10,44	67,30 67,16	4,63 4,47	268	1655	1745	3210
50	C14H9BrN2O2	9,05 8,83	53,09 52,99	3,02 2,83	316/318	1660	1750	3220
51	C14H9N3O4	-	-	-	-	-	-	-
52	C16H14N2O2	10,73 10,52	72,61 72,18	5,38 5,26	266	1650	1710	-
53	C17H16N2O2	9,78 10,00	73,06 72,85	5,92 5,71	280	1655	1705	-
54	C17H16N2O3	9,67 9,45	69,04 68,91	5,67 5,40	296	1655	1700	-
55	C16H13BrN2O2	7,92 8,11	55,80 55,65	3,57 3,76	344/346	1660	1710	-
56	C16H13N3O4	13,68 13,50	62,01 61,73	3,97 4,18	311	1670	1710	-

Размещено на http://www.allbest.ru/

характерно появление полос поглощения валентных колебаний карбонильной группы у С-5 (1650-1670 см^-1) и неплоских деформационных колебаний CH 1,2,4-тризамещенного бензольного кольца (805-825 и 870-885см^-1). В ЯМР ¹H спектрах соединений 47-56 обнаружены сигналы протонов, полностью подтверждающие предложенные структуры. Присутствие мультиплетов ароматических протонов бензимидазолного и ароильного остатков при 6,97 - 7,60 м.д., синглетов 4`- метоксильной (3,84 м.д.), 4`-метильной (2,75 м.д.), 1-метильной (3,28 м.д.) и 3-метильной (3,61 м.д.) групп убедительно доказывает строение полученных соединений 47-56. В масс-спектрах соединений 47-56 обнаружены пики молекулярных ионов и фрагментов, полностью подтверждающие предложенные структуры. Масс-спектры соединений 47-56, независимо от природы заместителей R и R¹, показывают однотипную фрагментацию с разрывом Ar-CO связи.

Другие направления фрагментации, включающие элиминирование фрагментов гетероциклической системы, выражены слабо (табл.5).

Ацилирование 6-галогенбензоксазолин-2-онов хлорангидридами карбоновых кислот с использованием каталитических количеств катализаторов

В продолжении представлялось интересным изучить ацилирование 6-галогенбензоксазолин-2-онов с использованием каталитических количеств катализаторов.

Изучением реакции 6-хлорбензоксазолин-2-она (57) с хлорангидридами кислот (3,18,21,22) при соотношении реагентов 57:3,18,21,22:FeCl₃^.6H₂O= 1:1,5:1^.10^-2 150-160⁰С установлено, что продуктами реакции являются соответствующие 3-ацил-6-хлорбензоксазолин-2-оны (58-61), т.е. реакция протекает с образованием продуктов N-ацилирования. Аналогично ведет себя в данных условиях 6-бромбензоксазолин-2-он (62), который образует соответствующие 3-ацил-6-бромбензоксазолин-2-оны (63-66) (табл.6).

Таблица 6. Продукты ацилирования 6-галогенбензоксазолин-2-онов (58-61, 63-66, 68-70)

Cоеди-нение	Мольное соотно-шение реагентов 57,62,67 : 3,18,21,22 : FeCl3.6H2O	Т.пл., 0С	Растворитель для перекриста-лизации	Выход, %
				Метод А	Метод Б
58	1:1,5:1.10-2	147-149	Гептан	78	73
59	1:1,5:1.10-2	158-160	Бензол	89	84
60	1:1,5:1.10-2	153-155	Октан	91	86
61	1:1,5:1.10-2	161-162	Бензол	88	83
63	1:1,5:1.10-2	138-140	Гексан	79	74
64	1:1,5:1.10-2	144-146	Гептан	93	88
65	1:1,5:1.10-2	140-142	Этилацетат	87	82
66	1:1,5:1.10-2	150-152	Водный этанол	91	85
68	1:1,5:1.10-1	166-168	Этанол	12	5
69	1:1,5:1.10-1	135-137	Этанол	28	15
70	1:1,5:1.10-1	153-155	Этанол	37	24

Мы провели бензоилирование 3-метил-6-хлорбензоксазолин-2-она (67) в присутствии 1^.10^-2 молей FeCl₃•6H₂O. Однако при этом не были получены положительные результаты. Так же ведет себя это соединение при попытке ацилировать хлорацетилхлоридом в подобных условиях. Поэтому мы решили увеличить количество используемого катализатора для бензоилирования. Использование 1^.10^-1 молей катализатора, т.е. увеличение количества его в 10 раз, приводит к образованию 3-метил-5-бензоил-6-хлорбензоксазолин-2-она (68) с небольшим выходом (12%). В идентичных условиях хлор-ацетилирование осуществить нам не удалось. В то же время проведение реакции 3-метил-6-хлорбензоксазолин-2-она (67) с хлорангидридами п-бром- и п-нитробензойных кислот (21,22) в этих условиях позволило направить реакцию по ароматическому кольцу и получить соответствующие 3-метил- 5-ацил-6-хлорбензоксазолин-2-оны (69,70), представленные в табл.6.

Строение синтезированных 3-метил-5-ацил-6-хлорбензоксазолин-2-онов (68-70) подтверждено методами ИК, ЯМР ¹H спектроскопии, масс-спектрометрии.

В ИК-спектрах соединений 68-70 имеются характерные полосы погло-щения валентных колебаний карбонильной группы у С-5 (1650-1680см^-1) и полосы поглощения неплоских деформационных колебаний СН 1,2,4,5-тетразамещенного бензольного кольца (855-870 см^-1). В ЯМР ¹H спектрах соединений 68-70 обнаружены характерные сигналы протонов, подтверждающие предложенные структуры.

Изучение направления каталитического ацилирования 3-бензилбензоксазолин-2-онов хлорангидридами кислот в присутствии FeCl₃•6H₂O

В продолжении исследований по электрофильному замещению в ряду бензоксазолин-2-онов представлялось интересным изучить направление реакции ацилирования 3-бензилбензоксазолин-2-онов, т.е. когда в молекулу бензоксазолин-2-она введено дополнительное ароматическое кольцо. В этом случае можно предположить протекания реакции либо по бензольному кольцу бензоксазолинового кольца, либо по ароматическому циклу бензильного остатка. С теоретической точки зрения реакция должна идти по бензильному радикалу, поскольку бензольное кольцо в нем можно сопоставить с толуолом, электрофильные реакции в котором идут легко в о- и п-положения с преимущественным образованием п-изомера. Однако в бензоксазолиноновом цикле имеется два электроноотрицательных атома (атом азота и кислорода), неподеленные электронные пары которых взаимодействуют с карбонильной группой. Поэтому можно было ожидать возможность конкурирующего ацилирования по одному из указанных бензольных колец или ацилирования по обоим центрам.

Мы провели реакцию 3-бензилбензоксазолин-2-она (71) с хлорангид-ридами алифатических кислот 3-7 в присутствии FeCl₃^.6H₂O (соотношение реагентов 71:3-7:FeCl₃^.6H₂O = 1:1,5:1^.10^-2) при температуре 150-160⁰С без растворителя и при 200-210⁰С в нитробензоле. Показано, что ацилирование идет согласно распределению электронной плотности в положение 6 и образуются 3-бензил-6-ацилбензоксазолин-2-оны (72-76) (табл.7).

Вероятно, бензильная группа из-за электроноакцепторных свойств соседних гетероатомов является донором и увеличивает электронную плотность ароматического ядра бензоксазолин-2-она. Поэтому ацильная группа, не затрагивая бензильную часть молекулы, вступает в положение 6 бензоксазолин-2-она. 3-Бензил-6-хлор- (77) и 3-бензил-6-бромбензоксазолин-2-оны (78) не вступают в реакцию ацилирования. Этот факт, вероятно, объясняется отрицательным индукционным (-I) эффектом атомов хлора и брома.

Строение 3-бензил-6-ацилбензоксазолин-2-онов (72-76) подтверждено данными ИК, ЯМР ¹H спектроскопии и масс-спектрометрии.

Далее мы исследовали ацилирование 3-бензилбензоксазолин-2-она хлорангидридами ароматических кислот в присутствии каталитических количеств FeCl₃^.6H₂O в растворителе (нитробензоле) и без него.

Реакция 3-бензилбензоксазолин-2-она (71) с хлорангидридами аромати-ческих кислот 18-22,79-81 проведена в вышеприведенных условиях, т.е. при соотношении реагентов 71:18-22,79-81:FeCl₃^.6H₂O = 1:1,5:1^.10^-2, температуре 150-160⁰С без растворителя и 200-210⁰С в нитробензоле. В данном случае также можно было ожидать протекания реакций по одному из ароматических колец соединения 71. Нами выявлено, что ацилирование соединения 71 идет в том же направлении с образованием 3-бензил-6-ароилбензоксазолин-2-онов (82-89) (табл.7).

Строение 3-бензил-6-ароилбензоксазолин-2-онов (82-89) подтверждено данными ИК спектроскопии, масс-спектрометрии и РСА, а также встречным синтезом. В ИК спектрах соединений 82-89, как и в случае соединений 72-76, характерными являются полосы поглощения валентных колебаний карбонильной группы у С-6 в области 1660-1680 см^-1 и неплоских деформационных колебаний CH 1,2,4-тризамещенного бензольного кольца в области 805-825 см^-1 и 870-885 см^-1. В масс-спектрах соединений 72-76, 82-89 обнаружены пики молекулярных ионов и фрагментов, полностью подтверждающие предложенные структуры. Масс-спектры их показывают, что независимо от природы заместителей R¹ и Ar наблюдается однотипная фрагментация с разрывом связи R¹-СО или Ar-СО, как и в случае 5(6)-ароил-бензимидазолин-2-онов (47-56).

Структура 3-бензил-6-ароилбензоксазолин-2-онов окончательно доказана с помощью РСА на примере 3-бензил-6-(2'-хлорбензоил)-бензоксазолин-2-она (83). Общий вид молекулы 83 приведен на рис.1.

Рис.1. Пространственное строение 3-бензил-6-(2'-хлорбензоил)бензоксазолин-2-она (83)

С целью убедительного доказательства структуры соединений 85-89 также осуществлен их встречный синтез. Для этого мы провели бензилирование специально синтезированных 6-ароилбензоксазолин-2-онов.

Таблица 7. Некоторые физико-химические характеристики 3-бензил-6-ацилбензоксазолин-2-онов (72-76, 82-89)

Соедине-ние	Брутто формула	Т.пл., 0С (растворитель для перекристаллизации)	Выход,%	Найдено, N% Вычислено, N%	Масс-спектр	ИК-спектр, г, см-1
					М+ (m/z)	C=O у С-6	С=О гетеро-цикла
			Метод А	Метод Б
72	C16H12NO3Сl	162-164 (этанол)	51	-	4.55 4.64	301/303	1660	1780
73	C18H17NO3	160-162 (бензол)	58	-	4.68 4.74	295	1660	1780
74	C18H17NO3	153-155 (бензол)	67	-	4.63 4.74	295	1675	1787
75	C19H19NO3	145-147 (гексан)	72	-	4.47 4.53	309	1660

Подобные документы

• Взаимодействие тетраалкинилидов олова с хлорангидридами карбоновых кислот

  Каталитическое ацилирование алкинов в присутствии соединений меди. Основные методы анализа и идентификации синтезированных соединений. Очистка исходных веществ и растворителей. Взаимодействие тетраалкинилидов олова с хлорангидридами карбоновых кислот.
  
  дипломная работа [474,8 K], добавлен 09.10.2013
  

• Реакции ацилирования

  Ацилирование как введение ацильной группы (ацила) RC в молекулу органического соединения путем замещения атома водорода, функции данных реакций и их полезные свойства. Получение соединений различных классов благодаря реакциям ацилирования C-, O- и N-.
  
  курсовая работа [221,0 K], добавлен 10.08.2009
  

• Исследование каталитических процессов прямого гидрокрекинга триглицеридов жирных кислот

  Характеристика биотоплива, биодизель и биоэтанол как его распространенные типы. Основные пути каталитической гидропереработки триглицеридов жирных кислот с целью определения эффективных катализаторов для получения углеводородов топливного назначения.
  
  реферат [275,6 K], добавлен 28.12.2011
  

• Карбоновые кислоты

  Изучение физических и химических свойств карбоновых кислот. Анализ реакции нуклеофильного замещения в ряду производных. Характеристика общей схемы механизма в присутствии катализатора. Обзор циклического, ароматического и гетероциклического ряда кислот.
  
  реферат [314,0 K], добавлен 19.12.2011
  

• Общие свойства кислот

  Сущность и состав кислот, их классификация по наличию кислорода и по числу атомов водорода. Определение валентности кислотных остатков. Виды и структурные формулы кислот, их физические и химические свойства. Результаты реакции кислот с другими веществами.
  
  презентация [1,7 M], добавлен 17.12.2011
  

• Химические превращения 4-оксоалкановых кислот

  Применение 4-кетоноалкановых кислот в производстве смазочных материалов. Получение насыщенных кислот алифатического ряда. Расщепление фуранового цикла фурилкарбинолов. Взаимодействие этиловых эфиров 4-оксоалкановых кислот. Синтез гетероциклических систем.
  
  курсовая работа [167,3 K], добавлен 12.06.2015
  

• Органические кислоты, их разновидности

  Общая характеристика органических кислот, сущность летучих и нелетучих алифатических кислот. Урановые кислоты, образующиеся при окислении спиртовой группы у 6-го углеродного атома гексоз. Применение органических кислот. Процесс заготовки и хранения ягод.
  
  доклад [151,8 K], добавлен 24.12.2011
  

• Классификация кислот и их химические свойства

  Диссоциирование кислот на катион водорода (протон) и анион кислотного остатка в водных растворах. Классификация кислот по различным признакам. Характеристика основных химических свойств кислот. Распространение органических и неорганических кислот.
  
  презентация [442,5 K], добавлен 23.11.2010
  

• Химические и физические свойства карбоновых кислот

  Карбоновые кислоты — более сильные кислоты, чем спирты. Ковалентный характер молекул и равновесие диссоциации. Формулы карбоновых кислот. Реакции с металлами, их основными гидроксидами и спиртами. Краткая характеристика физических свойств кислот.
  
  презентация [525,6 K], добавлен 06.05.2011
  

• Теории кислот и оснований. Классификация реакций и реагентов

  Электронная теория кислот и оснований Льюиса. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Протонная теория, или теория кислот и оснований Бренстеда. Основность и амфотерность органических соединений. Классификация реагентов органических реакций.
  
  презентация [375,0 K], добавлен 10.12.2012
  

• Карбоновые кислоты - свойства, получение и производные

  Ацильные соединения - производные карбоновых кислот, содержащие ацильную группу. Свойства кислот обусловлены наличием в них карбоксильной группы, состоящей из гидроксильной и карбонильной групп. Способы получения и реакции ангидридов карбоновых кислот.
  
  реферат [174,1 K], добавлен 03.02.2009
  

• Ацилирование и алкилирование аминов

  Номенклатура, классификация, химические свойства аминов. Основные и кислотные свойства, реакции ацилирования и алкилирования. Взаимодействие аминов с азотистой кислотой. Восстановление азотсодержащих органических соединений, перегруппировка Гофмана.
  
  курсовая работа [608,4 K], добавлен 25.10.2014
  

• Синтез нитрокарбоновой кислоты адамантана

  Каркасные соединения. Пространственные изомеры. Химические свойства адамантана. Синтез алифатических, ароматических и адамантанкарбоновых кислот. Исходные вещества. Дикарбоновые кислоты. Окисление углеводородов. Гидролиз нитрилов, жиров и спиртов.
  
  курсовая работа [176,5 K], добавлен 09.11.2008
  

• Норборненна-2,5-диен и его свойства

  Норборненна-2,5-диен (НБД) или бицикло[2.2.1]гептан-2,5-диен - бициклический диеновый углеводород норборненового ряда. Каталитическое аллилирование НБД и производных с использованием в качестве катализаторов комплексов никеля и других переходных металлов.
  
  дипломная работа [4,6 M], добавлен 04.01.2009
  

• Синтез и свойства эфиров алиатических карбоновых кислот

  Общее определение сложных эфиров алифатичеких карбоновых кислот. Физические и химические свойства. Методы получения сложных эфиров. Реакция этерификации и ее стадии. Особенности применения. Токсическое действие. Ацилирование спиртов галогенангидридами.
  
  реферат [441,9 K], добавлен 22.05.2016
  

• Ангидриды карбоновых кислот. Кетены. Нитрилы

  Ангидриды карбоновых кислот представляют собой продукты отщепления молекулы воды от двух молекул кислоты. Кетены - внутренние ангидриды монокарбоновых кислот. Способы получение и реакции нитрилов. Цианамид представляет собой амид синильной кислоты.
  
  лекция [152,8 K], добавлен 03.02.2009
  

• Ацилхлориды

  Ацилхлориды являются реакционноспособными ацильными соединениями и для их получения требуются особые реагенты - хлорангидриды неорганических кислот. Реакции нуклеофильного замещения ацилхлоридов и восстановление хлорангидридов карбоновых кислот.
  
  реферат [118,5 K], добавлен 03.02.2009
  

• Синтез жирных кислот

  Химические, физические свойства жирных кислот. Способы производства жирных кислот: окисление парафинов кислородом воздуха; окисление альдегидов оксосинтеза кислородом. Гидрокарбоксилирование олефинов в присутствии кислот. Жидкофазное окисление олефинов.
  
  контрольная работа [45,5 K], добавлен 15.03.2010
  

• Электрофильное ароматическое замещение

  Электрофильное замещение в ароматическом ряду: электрофильные агенты, механизм реакции, классификация заместителей. Повышенная чувствительность фурана, пиррола и тиофена к электрофильному замещению. Реакции ацилирования, нитрования и галогенирования.
  
  курсовая работа [138,0 K], добавлен 14.01.2011
  

• Сила кислот и оснований. Комплексообразование как кислотно-основное взаимодействие по Усановичу

  Общая теория кислот и оснований. Образование комплексных соединений. Кислотно-основное взаимодействие и реакции солеобразования. Процессы кислотно-основного взаимодействия и окислительно-восстановительные реакции. Комплексообразование по теории Усановича.
  
  презентация [476,1 K], добавлен 24.11.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам