Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор
Синтез хинолинов с использованием металлокомплексных катализаторов 9
1.1. Синтез хинолинов по Фридлендеру 12
1.1.1. Кислотный катализ реакции Фридлендера 12
1.1.2. Кислоты Льюиса как катализаторы реакции Фридлендера 15
1.1.3. Основной катализ реакции Фридлендера 18
1.1.4. Модификации реакции Фридлендера 19
1.2. Синтез хинолина и его производных реакцией Скраупа и Дебнера-Миллера 22
1.2.1. Кислотный катализ 22
1.2.2. Синтез хинолинов циклоконденсацией анилинов с ненасыщенными спиртами и эфирами 29
1.2.3. Синтез хинолинов из анилина и его производных и 1,3-диолов 30
1.2.4. Синтез хинолинов взаимодействием анилинов с олефинами, ацетиленами под действием металлокомплексных катализаторов 32
1.2.5. Синтез хинолинов реакцией анилинов с аминами под действием рутений- и платинасодержащих катализаторов 36
1.2.6. Металлокомплексный катализ в синтезе хинолинов циклоконденсацией анилина и его производных с альдегидами 41
1.3. Мультикомпонентный синтез хинолинов реакцией анилинов с альдегидами и алкинами под действием металлокомплексных катализаторов 44
1.3.1. Мультикомпонентный синтез хинолинов взаимодействием анилинов с ароматическими альдегидами и алкинами 44
1.3.2. Мультикомпонентный синтез хинолинов взаимодействием анилинов со смесью алифатических и ароматических
альдегидов и кетонов 50
Заключение 52
ГЛАВА 2. Обсуждение результатов
2.1. Синтез замещенных хинолинов из анилина и его производных со спиртами в присутствии металлокомплексных катализаторов 53
2.1.1. Синтез замещенных хинолинов в присутствии V-, W-, Mo-содержащих катализаторов 53
2.1.2. Синтез замещенных хинолинов в присутствии Ni-содержащих катализаторов 55
2.1.3. Синтез замещенных хинолинов в присутствии Fe-содержащих катализаторов 60
2.1.4. Алкилирование анилина метанолом под действием катализаторов Ni(OAc)22H2O, FeCl36H2O в среде CCl4 68
2.2. Синтез хинолинов и циклических аминов ряда пирролидина и пиперидина гетероциклизацией анилинов с диолами под действием Fe-содержащих катализаторов 76
2.2.1. Новый метод получения замещенных хинолинов по реакции анилинов c 1,2-диолами под действием железосодержащих катализаторов 76
2.2.2. Синтез хинолинов реакцией анилинов c 1,3-диолами под действием железосодержащих катализаторов 87
2.2.3. Синтез N-арилзамещенных пирролидинов и пиперидинов 93
2.3. Синтез N-бензилиденбензиламина из бензиламина под действием FeCl3.6H2O в CCl4 99
2.4. Синтез 2-фенилхинолина и его производных реакцией анилина с бензиламином и спиртами под действием FeCl3.6H2O в среде CCl4 107
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 110
3.1. Общая методика получения N-алкиланилинов, 2- и 2,3-замещенных хинолинов реакцией анилина со спиртами и CCl4 в присутствии Ni-содержащих катализаторов 113
3.2. Методика получения замещенных хинолинов конденсацией анилина со спиртами и CCl4 в присутствии Fe-содержащих катализаторов 113
3.3. Общая методика получения N-метиланилина, N,N-диметиланилина и 4,4-тетраметилдиаминодифенилметана 132
3.4. Общая методика получения замещенных хинолинов из анилина и 1,2-, 1,3-диолов в присутствии Fe-содержащих катализаторов в среде CCl4 133
3.5. Общая методика получения N-арилзамещенных пирролидинов и пиперидинов 146
3.6. Общая методика получения N-бензилиденбензиламина и его производных 154
3.7. Общая методика получения 2-фенил-3-алкилхинолинов 156
Выводы 158
Список литературы 159
- Кислоты Льюиса как катализаторы реакции Фридлендера
- Синтез хинолинов реакцией анилинов с аминами под действием рутений- и платинасодержащих катализаторов
- Синтез замещенных хинолинов в присутствии Ni-содержащих катализаторов
- Общая методика получения замещенных хинолинов из анилина и 1,2-, 1,3-диолов в присутствии Fe-содержащих катализаторов в среде CCl4
Введение к работе
Актуальность темы. Гетероциклические соединения играют огромную роль в биологии, медицине и в сельском хозяйстве. Более 70% лекарственных средств содержат в своей молекуле в качестве структурного элемента гетероциклический фрагмент. Важнейшими представителями азотсодержащих гетероциклов являются хинолин и его производные. Они нашли широкое применение в качестве исходных соединений для получения высокоэффективных лекарственных препаратов, ингибиторов кислотной коррозии металлов, комплексонов, экстрагентов, сорбентов и цианиновых красителей.
Другими важными классами азотгетероциклов являются пирролидины и пиперидины, которые широко используются для синтеза лекарственных препаратов, гербицидов и фунгицидов.
Классические методы синтеза хинолинов по Дебнеру-Миллеру, Комбе и Фридлендеру основаны на гетероциклизации анилинов с альдегидами и кетонами под действием кислот и оснований, используемых в стехиометрическом количестве.
Новую страницу в синтезе хинолинов открыл метод металлокомплексного катализа, который имеет перед классическими методами ряд неоспоримых преимуществ: минимальный расход катализатора, толерантность катализаторов к большинству функциональных групп и существенное расширение ассортимента синтонов, пригодных для использования в качестве строительных блоков при построении хинолинового цикла.
Известный метод синтеза циклических аминов ряда пирролидина и пиперидина основан на N-гетероциклизации анилинов с а, ю-диолами под действием дорогостоящих рутений- и иридийсодержащих катализаторов.
Настоящее исследование посвящено разработке методов N- гетероциклизации анилинов со спиртами и диолами, а именно созданию эффективных методов синтеза хинолина и его производных. В основу методов синтеза хинолинов положен новый подход, базирующийся на мультикомпонентных реакциях, ключевой из которых является окисление алифатических спиртов, 1,2- и 1,3-диолов с помощью СС14 под действием металлокомплексных катализаторов до альдегидов через стадию образования алкилгипохлорита in situ с последующим вовлечением образующегося альдегида в реакцию с анилином с получением хинолинов.
Другой задачей исследования является разработка новых эффективных металлокомплексных катализаторов N-гетероциклизации а,ю-диолов с длинной метиленовой цепью с анилинами с образованием пирролидина и пиперидина. 1,4-Бутан- и 1,5-пентандиолы, претерпевающие парциальное хлорирование с помощью ССІ4 под действием комплексов железа с образованием in situ хлоргидринов, планировалось вовлечь в реакцию N-гетероциклизации с анилинами с образованием N-арилзамещенных пирролидинов и пиперидинов.
Цель исследования.
- Разработка общих, эффективных и универсальных методов синтеза хинолинов, пирролидинов, пиперидинов и их производных взаимодействием анилинов с алифатическими спиртами и диолами под действием металлокомплексных катализаторов.
- Исследование влияния природы спиртов на направление реакции с
анилинами и разработка метода синтеза N-метиланилина, 1Ч,1Ч-диметиланилина и
4,4'-тетраметилдиаминодифенилметана взаимодействием анилина с метанолом под
действием Fe-содержащих катализаторов.
- Исследование возможности вовлечения в циклоконденсацию со спиртами и
четрыреххлористым углеродом бензиламина вместо анилина и разработка прямого
метода синтеза бензилиденбензиламина и его производных из бензиламинов в
присутствии железосодержащих катализаторов.
Научная новизна. Разработан оригинальный метод синтеза хинолина и его производных реакцией анилина с алифатическими спиртами, 1,2- и 1,3-диолами в среде ССІ4 под действием Ni- и Fe-содержащих катализаторов. На основе экспериментальных данных показано, что процесс формирования хинолинового цикла начинается с окисления гидроксильной группы спиртов и диолов с помощью ССІ4 с последовательным образованием вначале алкилгипохлорита, который разлагается с выделением альдегида и хлороводорода. Альдегид, в свою очередь, вступает в реакцию с анилином, давая основание Шиффа, которое в условиях реакции превращается в димер или содимер в зависимости от строения спиртового субстрата. Далее димер претерпевает гетероциклизацию, дезаминирование и дегидрирование с образованием целевых хинолинов. Для всех трех вариантов образования хинолинов с участием спиртов, 1,2-диолов, 1,3-диолов предложены предполагаемые маршруты реакций.
Установлено, что реакция анилина с метанолом и ССІ4 под действием FeCl36H20 проходит в другом направлении и приводит к получению N-метиланилина, 1Ч,1Ч-диметиланилина и 4,4'-тетраметилдиаминодифенилметана с высокими выходами.
Разработан метод синтеза N-арилпирролидинов и N-арилпиперидинов взаимодействием анилина и его производных с 1,4-бутан- и 1,5-пентандиолами под действием Fe-содержащих катализаторов в среде CCI4.
Разработан новый метод синтеза N-бензилиденбензиламина и его производных из N-бензиламина и замещенных бензиламинов в среде СС14 в присутствии РеС1з6Н20 без использования бензальдегида. Установлено, что реакция протекает через образование N-хлорамина, который последовательно дегидрохлорируется, выделяя бензилимин. Далее бензилимин реагирует со следующей молекулой бензиламина с образованием соответствующих иминов. Указанный способ образования иминов реакцией аминопроизводных с ССІ4 под действием FeCb 6Н20 использован для разработки общего метода получения 2-фенил-3-алкилзамещенных хинолинов взаимодействием бензиламина с анилином и спиртами в среде CCI4.
Практическая ценность работы. Разработанные методы синтеза хинолинов, N-арилпирролидинов, N-арилпиперидинов, N-замещенных ароматических аминов и иминов взаимодействием анилинов со спиртами, диолами и СС14 в присутствии металлокомплексных катализаторов являются оригинальными, они обладают новизной, полезностью и патентоспособностью. На основе предложенных подходов разработаны новые эффективные каталитические методы синтеза:
хинолина и его производных, перспективных для получения высокоэффективных антималярийных, противотуберкулезных, антиревматических, анестезирующих и антибактериальных лекарственных препаратов; ингибиторов кислотной коррозии металлов; цианиновых красителей; экстрагентов и сорбентов;
N-метиланилина, который используется в качестве высокооктановой добавки к моторным топливам;
1Ч,1Ч-диметиланилина, являющегося исходным соединением для производства полиэфирных смол, красителей и взрывчатых веществ;
4,4'-тетраметилдиаминодифенилметана - известного индикатора для определения лекарственных и наркотических препаратов, и индикатора для определения гипохлорит-ионов, синтона для получения тетраазациклофанов и бис(тетраазациклофанов), которые находят широкое применение в фармацевтической химии;
N-бензилиденбензиламина, индикатора для количественного определения литийорганических соединений титриметрическим методом и исходного соединения для синтеза ряда гетероциклов, в том числе замещенных пиперидин-2-онов, обладающих широким спектром физиологической активности.
N-арилпирролидинов и N-арилпиперидинов, являющихся структурными элементами многих фармацевтических препаратов, гербицидов, фунгицидов и красителей.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на IV Всероссийской конференции по химической технологии (2012, Москва); II Всероссийской научной школе-конференции молодых ученых, «КАТАЛИЗ: от науки к промышленности» (2012, Томск); Всероссийском молодежном форуме «Я - молодой ученый» (2013, Уфа); IV Всероссийской научной интернет-конференции (2013, Уфа).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи, 5 тезисов докладов, получен 1 патент РФ и 1 положительное решение на выдачу патента РФ.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора на тему «Синтез хинолинов с использованием металлокомплексных катализаторов», обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (270 наименований), изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 43 схемы, 16 таблиц, 4 рисунка.
Работа выполнена в соответствии с планами НИР ФГБУН Института нефтехимии и катализа РАН по теме: «Металлокомплексный катализ в синтезе и селективной функционализации углеводородов и гетероатомных соединений» № Госрегистрации 01201168013, а также при поддержке грантов РФФИ № 09-03-00472-а «Новый класс сопряженных реакций гетероциклов ряда тиофена, пиридина, фурана, пиррола и пиразина с участием гомогенных металлокомплексных катализаторов» (2009-2011 гг.) и № 12-03-00183а «Новый универсальный метод синтеза хинолинов и изохинолинов с использованием металлокомплексных катализаторов» (2012-2013 гг.).
Автор выражает благодарность заведующему лабораторией структурной химии д.х.н., профессору Халилову Леонарду Мухибовичу за неоценимую помощь при идентификации полученных соединений.
Кислоты Льюиса как катализаторы реакции Фридлендера
Хинолин и его производные являются важным классом гетероциклических соединений. Методам получения хинолинов посвящено множество работ, начиная с конца 19-ого века. Хинолиновый фрагмент присутствует в молекулах многих природных соединений [26-33], например в алкалоидах. Хинолин является синтоном для получения фармакологических препаратов, которые используются как противомалярийные средства [27, 29, 34-38].
Известно, что в 1820 г. хинин был выделен как активный ингредиент из коры Cinchona деревьев и, несмотря на относительно низкую эффективность и плохую переносимость, хинин не потерял важной роли для борьбы с полирезистентными возбудителями малярии [39]. Алкалоиды Chimanine, представляют собой 2- и 5-замещенные хинолины, выделенные из коры деревьев Galipea longiflora семейства Rutaceae [40-42], эффективны против паразитов Leishmania sp, которые являются возбудителями лейшманиоза (протозойной болезни), распространенных в тропических областях Южной Америки, особенно в лесах Амазонки. Находит применение в лечении малярии и других заболеваний индолхинолиновый алкалоид Cryptolepine, обнаруженный в кустарниках Cryptolepis sanguinolenta, произрастающих в Западной Африке [43]. Производные хинолина используются для синтеза противоопухолевых антибиотиков Dynemicin и Streptonigrin [44, 45]. Как показали исследования, 8-(диэтиламиногексиламино)-6-метокси-4 метилхинолин эффективен против протозойного паразита Trypanosoma cruzy, являющегося возбудителем болезни Чагаса [46]. Соединение 2-(2 метилхинолин-4-иламино)-N-фенилацетамид является эффективным препаратом для лечения лейшманиоза [47]. На основе хинолина созданы антибактериальные [48-51], фунгицидные [52, 53] и противораковые препараты [54-57]. Производные хинолина находят широкое применение в синтезе фунгицидов, пестицидов, алкалоидов [58, 59]. Хинолины и его производные могут быть использованы как ингибиторы коррозии, консерваторы и растворители для смол [60, 61], пеногасители в нефтеперерабатывающих предприятиях [62].
Соединения ряда хинолина являются важными синтонами в приготовлении нано- и мезо-структур, перспективных для использования в качестве материалов для электроники и нелинейной оптики [5, 7, 9, 63, 64].
Синтезу хинолина и его производных посвящены многие именные реакции [65], среди которых наиболее известны синтезы по Фридлендеру [66], Пфитцигеру [67], Ниементовски [68, 69], Борше [70].
Эти классические методы синтеза хинолинов и их модификации часто используются для получения фармацевтических препаратов и многих функциональных материалов, имеющих в молекуле хинолиновый фрагмент.
Вместе с тем, выходы хинолинов для большинства методов неудовлетворительны. Прежде всего, область применения классических методов ограничивается синтезом простых хинолинов, не содержащих полярных функциональных групп, так как реакции проходят в присутствии больших количеств кислот или оснований. По этой причине сложные производные хинолина с полярными заместителями получают, вводя соответствующие функциональные группы непосредственно в хинолин [58].
В последние годы новую страницу в химии хинолинов открыл металлокомплексный катализ [72-79].
Каталитические методы синтеза хинолинов имеют ряд преимуществ перед классическими, благодаря толерантности к функциональным группам и расширению круга субстратов, используемых при конструировании хинолинов. Из-за использования комплексов переходных металлов в не стехиометрических, а в каталитических количествах, облегчается процедура выделения целевых продуктов при уменьшении количества отходов [15, 80 82]. Отдельные проблемы синтеза хинолинов с использованием металлокомплексных катализаторов освещены в монографиях [83-86]. Кислотный катализ реакции Фридлендера В работе [88] осуществлен синтез хинолинов 2, в которой, в отличие от классической реакции Фридлендера, 2-аминоарилальдегиды заменены на 2-аминоарилкетоны. Реакция проходит в присутствии HCl в водной среде. Для выделения целевого продукта реакционную массу нейтрализуют с помощью 1Н раствора NaOH, с последующим трехкратным промыванием водой, что приводит к образованию большого количества сточных вод. R
Использование микроволнового излучения, наряду с кислотным катализом с помощью соляной кислоты [90] и пара-толуолсульфокислоты [91], при получении замещенных хинолинов 4 позволяет сократить продолжительность реакции до нескольких секунд. В случае с HCl используется 5-кратный избыток кетона, а пара-толуолсульфокислота берется в эквимолярном количестве по отношению к реагентам, что сильно осложняет выделение конечного продукта.
Синтез хинолинов реакцией анилинов с аминами под действием рутений- и платинасодержащих катализаторов
Аналогичная реакция под действием PdCl2 (100 атм., 200С) приводит к образованию смеси 2-метилхинолина 54 (TON 10) и N-этиланилина 55 (TON 20). Установлено, что в катализируемую комплексами переходных металлов реакцию с анилинами могут быть введены и ацетилены.
Так, взаимодействием анилина с 1-гексином в присутствии PtBr2 получен 2-пентил-З-бутилхинолин 57, который, как полагают авторы работы [145], формируется через стадию образования Следует отметить, что платиновые системы PtCl2(PhCN)2 - SnCl22H20, PtCl2(PPh3)2 - SnCl22H20 катализируют синтез хинолинов циклоконденсацией анилинов с первичными спиртами: этанолом, н-бутанолом, а также с аллиловым, кротиловым, металлиловым спиртами [147], в отличие от работы [134].
В работе [148] приведен пример «однореакторного» синтеза хинолинов 58 из фенилацетиленов и пара-замещенных анилинов, а также 3,4-диметиланилина под действием рутенийсодержащего катализатора, активированного пара-толуолсульфокислотой.
Процесс циклоизомеризации пропаргиламина с образованием хинолинов 59 катализируют соединения серебра, в частности AgSbF6 [149]. В отличие от работы [150], при использовании серебросодержащих катализаторов не требуется присутствие сокатализаторов, таких как CuCl или AuCl, сокращается продолжительность реакции.
В работе [19] синтез хинолинов 60 осуществлен взаимодействием анилинов с триалкиламинами в присутствии каталитической системы RuCl3-nH2О–SnCl2-2H20 и гексен-1-ена как акцептора водорода. В случае пара-хлоранилина выход соответствующего хинолина был несколько ниже, чем в случае анилинов с электроно-донорными заместителями. 0.08 ммоль RuCl3nH20 R 0.12 ммоль dppm, 11 Jl + N((CH2 36 ммоль 1 ммоль 1 ммоль SnCl2 2H2010 ммоль гекс-1-ена180C, 20 ч,10 мл диоксана о60 /(СН2 ) -ЛNCH,) -н n-l n=3 R = H 63% n=4 R = Н, о-Me, п-Me, м-Me, п-OMe, 46-76% п-C4H9, п-sec-C4H9, 3.5-Me2 R = п-Cl 21% n=6, 8 R = о-Me, п-sec-C4H9 66-86% и 2-этил-3 Подобную реакцию анилина с трибутиламином катализирует бромид платины (II). Продуктами реакции являются N-бутиланилин 61 и 2-пропил-3-этилхинолин 62. Как показал эксперимент, добавление избытка 1-гексена и н-Bu4PBr способствует увеличению выхода 62. По предложению авторов, 1-гексен играет роль акцептора водорода, а роль н-Bu4PBr заключается в ингибировании восстановления Pt(II) до Pt(0). В аналогичную реакцию вступает и Pr3N, давая N-пропиланилин (выход 28%) метилхинолина (63%) [142]. активированных хлоридом олова в присутствии акцептора водорода (ацетон, ацетофенон, додец-1-ен, окт-1-ин). Наиболее предпочтительно использование каталитической системы RuCl3nH20/3PPh3 - SnCl2-2H20 и ацетона. Так, в случае анилина выход хинолина в присутствии ацетона составляет 60%, а в отсутствие ацетона - 35%. При использовании катализатора RuCl3-nH20/3PPh3 без активатора - SnCl2-2H20, несмотря на присутствие ацетона выход хинолина не превышает 5%. Следует отметить, что 2-метоксианилин в реакцию с три-(3-гидроксипропил)амином не вступает. Согласно [136, 137], возможной причиной инертности 2-метоксианилина является дезактивация рутениевого катализатора за счет хелатной координации двух смежных метокси- и амино-групп к рутению.
Замещенные хинолины 64 получают реакцией анилинов с триаллиламином под действием рутенийсодержащего катализатора, активированного с помощью SnCl2 2H20 и PPh3 в среде диоксана. В качестве побочных продуктов образуются N-пропиланилин 65 и N-аллиланилин 66, суммарный выход которых составляет 21%. В отсутствие SnCl2 2H20 выход замещенных хинолинов не превышает 4% [152].
В работе [153] установлена возможность синтеза замещенных хинолинов 67, 68 из пара-ацетиланилина и триаллиламина под действием рутениевого катализатора. Эта реакция интересна тем, что наряду с ожидаемым продуктом 6-ацетил-2-этил-3-метил-хинолином 67 образуется в небольшом количестве 1-(2-этил-3-метилхинолин-6-ил)-пентан-1-он 68 – продукт алкилирования ацетильной группы с помощью аллиламина.
Синтез замещенных хинолинов в присутствии Ni-содержащих катализаторов
Следует отметить, что наиболее высокий выход замещенных хинолинов наблюдается для пара-метил-, пара-метокси- и пара-хлоранилинов, что можно объяснить меньшим влиянием стерических факторов. Низкую активность орто-, мета-, пара-аминофенолов, орто-, мета метоксианилинов, орто-нитроанилина, 2-амино-, 4-аминобензойной, 4-амино-, 5-аминосалициловой кислот можно объяснить дезактивацией катализатора из-за его взаимодействия с функциональной группой указанных анилинов.
Что касается влияния на ход реакции природы спиртов, то установлено, что увеличение длины алкильного радикала в молекуле спирта способствует уменьшению выхода соответствующих хинолинов на 11-27%. Однако, в случае пара-, мета- и орто-хлорзамещенных анилинов наблюдается обратная закономерность.
Отличительной особенностью и преимуществом предложенного метода получения хинолинов в присутствии FeCl36H2O является отсутствие побочных продуктов: моно- и диалкил-N-анилинов, образующихся при применении других методов синтеза хинолинов. Таблица Синтез замещенных хинолинов (31-51) реакцией анилинов (24-30) (XC6H4NH2) со спиртами ROH (где R = C2H5, н-C3H7, н-C4H9) под действием FeCl3.6H2O (Условия: 140оС, 4 ч, ССl4, двухэтапная загрузка реагентов)
В разработанных условиях 3,4-дихлоранилин 30 вступает в реакцию по обоим свободным орто-положениям с образованием трудноразделимой смеси 5,6- и 6,7-дихлорзамещенных хинолинов (49а,б-51а,б). Последние в индивидуальном виде выделить с помощью методов ГЖХ, ВЭЖХ нам не удалось.
Так, в наличие в спектре ЯМР 13C двух наборов сигналов одинаковой интенсивности свидетельствует об образовании обоих теоретически возможных изомеров 49а и 49б. Два синглетных сигнала протонов в области слабого поля Н5 = 8.11 м.д. и Н8 = 7.83 м.д. однозначно свидетельствуют об их принадлежности сигналов протонам при С5 и С8 углеродных атомов соединения 49а, тогда как слабопольные дублетные сигналы относятся к вицинальным протонам трех АВ систем, центры которых находятся при 7.59 м.д., 7.91 м.д., 7.76 м.д., причем наиболее сильнопольный дублетный сигнал Н3 = 7.28 м.д. принадлежит изомеру 49а. Последний сигнал в COSY эксперименте имеет кросс-пик с вицинальным протоном Н4 = 7.91 м.д. (Jвиц = 8.4 Гц), а в эксперименте HMBC коррелируют с сигналом метинового углеродного атома C4а = 125.53 м.д., взаимодействующим с двумя протонами Н5 = 8.11 м.д. и Н8 = 7.83 м.д.
Изомер 49б содержит две взаимодействующие АВ системы протонов, коррелирующие с сигналами -метиновых углеродных атомов C2 = 159.82 м.д. и C8а =146.73 м.д. пиридинового фрагмента молекулы соответственно.
Замена метильной группы на этильную группу при С2, а протона Н3 на метильную группу приводит к появлению двух синглетных сигналов Н4 = 7.79 м.д. для 50а и Н4 = 8.84 м.д. для 50б с соотношением интенсивности 3:2, что свидетельствует о преобладании изомера 50а.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что замещенные анилины реагируют со спиртами и CCl4 под действием катализатора FeCl3-6H20 с образованием исключительно три-(тетра-)-замещенных хинолинов 5-7, 15-23, 31-51.
Как следует из строения хинолина, для построения его молекулы с участием анилина необходим дополнительный структурный элемент, содержащий не менее трех углеродных атомов. С3-Фрагмент может содержаться в одной молекуле (глицерин, 1,3-пропандиол, акролеин) или может образоваться in situ за счет димеризации, как это имеет место для ацетальдегида, а в нашем случае этанола, который окисляется в условиях реакции, давая альдегид. Что касается метанола, то очевидно, что простых путей формирования из него (или из формальдегида) С3-фрагмента не существует.
В связи с этим, приступая к изучению взаимодействия анилина с метанолом в присутствии катализатора FeCl36H20, мы заранее предполагали, что направление реакции будет отличаться от направления реакции С2-С4 - спиртов и анилинов, приводящей к хинолинам.
Указанное предположение подтвердилось на опыте. Было установлено, что продуктами реакции анилина 1 с метанолом в присутствии катализаторов: Ni(OAc)22H20, FeCl3-6H20 в среде СС14 являются N-метил-52 и ад-диметиланилины 53.
Следует отметить, что N-метиланилин 52 – ценный и востребованный продукт. Он обладает антиокислительными и антидетонационными свойствами и используется в качестве высокооктановой добавки моторных топлив. В свою очередь, N,N-диметиланилин 53 находит применение в промышленности при производстве полиэфирных смол, получении красителей (малахитовый зеленый, метиленовый голубой), взрывчатых веществ и в органическом синтезе [192].
Основной метод получения N-метил- и N,N-диметиланилинов основан на реакциях анилинов с метанолом, под действием серной кислоты [193], медьсодержащих [194, 195] и рутениевых катализаторов [196, 197]. Учитывая важное практическое значение N-метиланилина 52 и N,N-диметиланилина 53, мы подробно исследовали возможность их получения взаимодействием анилина с метанолом в присутствии катализатора FeCl3-6H20, который проявил более высокую активность, чем М(ОАс)22H20.
В частности, установили, что в присутствии FeCl3 6H20, варьируя условия, реакцию можно направить в сторону получения смеси N-моно- 52 и ад-диметиланилина 53, либо смеси ад-диметиланилина 53 и 4,4 тетраметилдиаминодифенилметана 54. Состав и выходы продуктов существенным образом зависят от продолжительности реакции и концентрации реагентов
Общая методика получения замещенных хинолинов из анилина и 1,2-, 1,3-диолов в присутствии Fe-содержащих катализаторов в среде CCl4
В работе были использованы коммерчески доступные амины с чистотой не менее 99%. В эксперименте использованы коммерчески доступные: метанол, этанол, 1-пропанол, 1-бутанол, этиленгликоль, 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, 1,2-бутандиол, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, 2,3-бутандиол, 1,5-пентандиол, ацетальдегид, метилвинилкетон, 1-хлорпропан, четыреххлористый углерод, триэтиламин, трифенилфосфин, формамид, пиридин, 2,2 -дипиридил, 4,4 -дипиридил, ацетонитрил, анилин 1, ортотолуидин 12, мета-толуидин 13, пара-толуидин 14, орто-этиланилин 24, орто-хлоранилин 25, мета-хлоранилин 26, пара-хлоранилин 27, пара-анизидин 28, 3,4-дихлоранилин, ортогидроксианилин 29, пара-фторанилин 111, мета-гидроксианилин 112, -диметиланилин 53, бензиламин 132, 2-хлорбензиламин 137, 3-хлорбензиламин 138, 2-тиофенметиламин 139, фурфуриламин 143.
Ароматические, эфирные растворители, а также ацетонитрил и СС14 предварительно очищали и обезвоживали [265, 266].
Для создания инертной атмосферы использовали аргон (марка “чистый” ГОСТ 1015-73) очищенный последовательным пропусканием через концентрированную серную кислоту, колонку заполненную гранулированным КОН, затем через раствор ТИБА в ксилоле и колонку с цеолитами 3А. Спектры ЯМР 1Н и 13С регистрировали на спектрометрах Bruker Avance-400 (400.13 и 100.62 МГц соответственно) в CDCl3, химические сдвиги даны относительно TMC.
УФ-спектр HOCl снят на приборе Specord M40 в кювете толщиной = 1см (диапазон 200-400 нм) в этаноле.
Масс-спектры получены на хромато-масс-спектрометре SHIMADZU GCMS-QP2010Plus (капиллярная колонка SPB-5 30 м 0.25 мм, газ-носитель–гелий, температура программирования от 40 до 300оC со скоростью 8 град/мин, температура испарения 280оC, температура ионного источника 200оC, энергия ионизации 70 эВ).
Газовый анализ проводили на хроматомасс-спектрометре Shimadzu GCMS-QP2010Ultra (капиллярная колонка Supel-Q PLOT 30 м 0.53 мм, температура программирования от 37 до 250oC со скоростью 10 град/мин, газ-носитель – гелий (3 мл/мин), температура ионного источника 200оC, энергия ионизации 70 эВ).
Хроматографический анализ проводили на приборе Shimadzu GC- 9A, GC-2014 [колонка 2 м 3 мм, неподвижная фаза–силикон SE-30 (5%) на Chromaton N-AW-HMDS, температурный режим от 50 до 270оС со скоростью 8 град/мин, газ-носитель–гелий (47 мл/мин)]. Элементный состав продуктов определяли на элементном анализаторе фирмы Karlo Erba, модель № 1106
Методика определения алкилгипохлорита. Метод основан на том, что свободный хлор в кислой среде вытесняет йод из йодида калия, который затем оттитровывают тиосульфатом в присутствии крахмала.
Предел обнаружения 0.05 мг/мл при объеме пробы 500 мл. Определение проводилось в следующих условиях: ампулу вскрывали и помещали в колбу (V=250 мл) с 10 мл уксусной кислоты. Затем в колбу приливали 2 мл 25% раствора KI (0.5г KI сух.). Колбу закрывают пробкой и выдерживали в темном месте на 20 мин. Выделившийся йод оттитровывают 0.005н тиосульфатом натрия до светло-желтой окраски, быстро прибавляют 1 мл 0.5% крахмала и титруют тиосульфатом до исчезновения окраски. Концентрация алкилгипохлорита (мг/мл) вычисляют по формуле:
Определение содержания катионов железа (II). К 2-3 каплям анализируемого раствора прибавляют 0.5 мл 0.2н раствора NaOH. Смесь нагревают до кипения и фильтруют. К фильтрату прибавляют 3-5 капель реактива Несслера. Выпадает темно-синий осадок турнбулевой сини.
Определение содержания катионов железа (III). К 2-3 каплям анализируемого раствора прибавляют 2-3 капли 2н раствора HCl и 1 каплю раствора с массовой долей 5% К3[Fe(CN)6]. Выпадает синий осадок берлинской лазури.
Определение HCl. Сущность метода определения иона Cl – меркурометрическим методом заключается в титровании водного раствора в кислой среде раствором азотнокислой ртути в присутствии индикатора дифенилкарбазона. Определение проводилось в следующих условиях: ампулу вскрывали и помещали в колбу (V=100 мл) с 20 мл воды, затем общий объем раствора довели до 100мл дистиллированной водой. К отобранной аликвоте (V=1 мл) добавляли индикатор фенолфталеин и 10% раствор NaOH (4 капли) до появления розовой окраски, далее нейтрализовали избытком 0.5 н азотной кислоты (1мл). Полученный раствор титровали Hg(NO3)2 в присутствии дифенилкарбазона до перехода цвета из желтого в сиреневый.
