Новая модификация перегруппировки Пиннера и расширение области ее применения тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени

химико-технологическнй институт имени Д. И. Менделеева'

На правах рукописи -

САЛМАН НАСЕР

НОВАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПЕРЕГРУППИРОВКИ ПИННЕРА И РАСШИРЕНИЕ ОБЛАСТИ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

02,00.03 — Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва — 1992

Работа выполнена на кафедре органической химии Московского химико-технологического института имени Д. И. Менделеева.

Научный руководитель — доктор химических наук, профессор Смушкевич Ю. И.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Солдатенков А. Т.; кандидат химических наук, доцент Коваленко Л, В.

Ведущая организация — Всесоюзный научно-исследовательский институт химических средств защиты растений.

Защита состоится _ 1992 г.

в часов в ауд. на .заседании специ-

ализированного совета Д 053.34.07 в Московском химико-технологическом институте им. Д. Й. Менделеева (125190, Москва, А-190, Миусская пл., дом 9).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре института. _ .

Автореферат разослан. ¿¿а& 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Е. П. БАБЕРКИНА

общая характеристика работы.

Настоящая диссертация выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследовательских раоот по направлению "Синтетическая органическая химия"(Тонкий органический синтез) 2.11. на 198Ь-НИЫТ. All СССР Код 2.11.2.4.

Актуальность темы. Открытие новых реакций, создание на их основе ношх синтетических методов является важной задачей современной органической химии. Хотя уже известные реакции и синтетические методы позволяют осуществить синтез молекул исключительной сложности, ежегодно открываются новые реакции, создаются новые метода, некоторые из которых находят затем широкое при-

100 лет тому назад в 1892г А.Пиннер открыл реакцию, которая

позволяет расцеплять хлоргидраты иминоэфиров на амиды и галоге-нопроизводные

однако эта реакция не нашла широкого применения из-за жестких условий ее проьпденил. иоычно реакцию проводят, нагревая хлор-гидраты иминоэфиров до температуры плавлеим Оез применения растворителей. это не позволяет использовать ее в случае лабильных соединений, кроме того затруднительно масштаОировыши такого вида методик.

И ъвязи с этим це'шю настоящего исследовании явилздь модификация перегруппировки пшшера и расширишь осласги ао примиио •

менегаю.

R-C-NHi + R'-Cl

О

п

п

ния.

Целью работы является модификация перегруппировки Пиннера и распространение ее на ы-замещенные имидаты. '

Научная новизна. разраОотана новая модификация перегруппи-пировки Пиннера, позволяющая проводить реакцию в мягких условиях с использованием легко доступных компонентов, осуществлено превращение и-арилимийбв в и-ариламиды карбоновнх кислот с помощью новой модификации перегруппировки 11иннера. Расширена область применения перегруппировки Циннера - впервые осуществлена перегруппировка гидразонатов в гидразиды карооновых кислот.

Практическая значимость. 1). Разработан трех стадийный метол перехода от нитрилов к анилидам, который является полезной альтернативой ранее использовавшемуся, этот метод в отличии от классического позволяет избирательно (не затрагивая сложноэфир-ной или гидрокеильной групп) превращать нитрильную группу в амидаую и Л-ариламидаую.

2). Предложен удобный метод получения 5~замещенных-2-амино-1,з, 4-тиадаазолов.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано две статьи.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 99 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы 437 наименований, включает Ц таблиц, 2. рисунка. .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1. Модификация перегруппировки Пиннера.

Согласно современным представлениям, перегруппировка Шшнера

протекает по механизму Зм2, причем, в качество нуклесфыа выступает хлорид анион

© ©

HHzCl

11

R-C-QCO

•а,

н н

У'

I

R'j

©

nh2

нн

2

,.0-C-R—R-CHiCl + O-C-R

Из литературы известно, что иодид-анион является оолее сильным нуклеофилом из-за легкой поляризуемости, кроме того, он хуже сольватирован, чем хлорид и бромид анионы.

Поэтому, можно оыло ожидать, что при использовании в этой реакции иодистого калия в качестве нуклеофила, а в качестве реакционной среда апротонных полярных растворителей позволит осуществить ее в Оолее мягких условиях.

В качестве модельного соединения мы выбрали этилоензими-дат (1), который легко получается то Циннеру из доступного оен-зонитрила. Q ©

ш\

HCl I'

Ph_C-N 1ш Ph-C-OEt

1)

Его использование позволяет следить за ходом реакций с помощью хромотографии в тонким слое на пластинах "Зи1аГо1-иу-254".

он является типичным представителем юасса имшюэфиров.

Для связывания образующегося в ходе перегруппировки иодистого этилу ми шшольповали тиомочевину. последняя превращает иодистый этил в изотиурониевую соль (2) и том самым защищает ис-

ходпл** имитт (1) и продукт реакции амид (3) от возможного Г}-ал-килирования.

V? ?,» II-Е1

II II р*-1 11

РЬ-С-ОЕ! РН-С-0Е1 (<)

РИ-С-М^ЕЫ--РЬ - С- NN ~ Е1

н 1 и

(зга о

5

ЫН2-С-МИ2+ —- Н2Ы = с-мн2 о

© 0 С - N1

I

5-Е1

(2)

В качестве апротоншх поляршх растворителей мы использовали ацетонитрил и диметилформамид. Как мы и ожидали, реакция ггроте-кает в мягких условиях при 80°, а оензамид образуется с высоким

выходом. © . ©

п . -кз II э I У

1 1 1 .

(1) СН}С=И (з) (2)

Такт.! образом, мы решили задачу модификации перегруппировки Шганера. Наш метод позволяет в мягких условиях превращать нитрилы в амиды. Его применение не связано а использованием окислителей как в реакции 1'ад."канвского си :

О

Ыа_ОН

н2 О,

и серной кислоты и щелочи как в методах ¡г] и 131

-50 II

я - С= N + Н^О^,-— Я-С - МН2 1

О

В-СЕЫ ~—- Й-С-МН, 3

(Ие)5С-ОН

Разработанный нами метод исключает возможность гидролиза. амида до кислота, так как на всех стадиях используются безводные растворители и реагенты.

н. Применение перегруппировки Пиннера для синтеза анилидов карбоновых кислот.

I! 107Г! Г М.Р.Яаят, Л.И. Пудовик И др. При Г',ЗГ;ПУЛДеАС'Г21-Ш з?«л в-.1«5шлфсрмш1Д8та ( 4 ) с дииаопропилдятисфосфоряой КИСЛОТОЙ ! « 1 получили с выходом ьч% форманидид ( 6 ) и этиловый эфир даизолр'ошлдитиофэсфорной кислоты ( 7 ).

!'л I .си(иЫ; н-о-оа --

О 8

II

-С-ЬИ-РЬ * и -5 - к

•сн(сн,)2

I

Таким образом, перегруппировка Пиннера была распространена на н-арилимидаты. однако, необходимость использоващ1.т р кячьо-пзе

реагента малодоступной диизопропилдатиофосфорной кислоты не позволяет рекомендовать эту модификацию в качестве общего препаратного метода получения н-арилиамидов.

В 1966г. Хусейн и Аль-Дулайми при нагревании этил N - арилформи-мидата (8) с серной кислотой при температуре 170-180° получили и-атил-н-арилформамид (9),

О

М-Аг

II

(В)

170-180'

н-с-и

-а

Е105020Н+Н-С-ЫН-АГ] (40) Ш

II 0

V

4 Аг

(9)

ооразование которого можно объяснить злкилированием этилсврпса кислотой (10) продукта перегруппировки Ниннера формаяилида яи.

Можно было, ожидать, что найденная нами модификация №•[••■ группировки Пиннера позволит остановить реакцию на стадии образования первичного амида, поскольку она осуществляется в оэлс-е мягких условиях, а для связывания, галогенопроизводаого. использу ется тиомочевина.

В качестве модельных -соединений мы использовали н-апилими даты ароматического к алифатического ряда, которые получали ¡:-легкодоступных ацетонитрила и оензонитршта по следующей схем«:

. © е

ННгС1

Ы-Аг

ОН 11 Дг ЫН, 11 Н С1

х'аолица 1

Й Аг

Но РЬ

Ее п-он3о-сьн4

РЬ РЦ

РУ| 11-он- сньн4

РЬ п-СН30-06Н4

Нротонирование м-арилимидатов осуществляли с помощью три-фторуксусной кислоты, которую орали в эквимолярных количествах. Б качестве нуклеофма использовали иодистый калий, реакцию т: та в ацетоштриле, используя для связывания иодистого этила тио-мочев!шу.

И этих условиях легко протекает перегруппировка Н-арилими-

датов и с высокими выходами образуются и-ариламида. вероятный

механизм этой реакции представлен ниже :

О

Аг Н-М-Аг

и С Г, СОН 11 К) Я-С-0Е1 К-С-0Е1 ——

сн3сн,-э О-С-й

N4 - Аг I

0=С- К

ил включает стадии ы-иротонировзния и замещения.

Результаты дальнейшего изучения этой перегруппировки, проы;~

дешоГ: на примере н-феттзтилоензлшдата, представлены в таблице и.

Таолица и

Количество реагента в молях на 1 моль 11-фенилэтилсенз;ми-дата Выход в % ы-фенилоензимидата

К1 СРэС02Н Н2М - С5-Шр

1 1 1 86

1 1 О Ь7

0 1 1 54

1 О 1 О

о 1 О О

Как видно из таблицы, реакция не идет в отсутствии трифторук-сусной кислоты, так как амид-анион /А / является' плохой уходящей группой.

Гн н

М-Аг

II

РКг С-0Е1

КЗ

©VII

ю-с-а

М-РИ

II

„ О-С-РЬ

Не удается ее осуществить при нагревании в апетоштряла при температуре ао° в отсутствии нуклеофилов - йодистого калия и г, жачовтш, так как трифторацетат-анион - плохой нуклэофил.

Н-РЬ

!!

сг3со2н

б-

г'Ь-С-0СН2СН3 ^^^ сг5-с- о.

30е

ггГТГ! Н-К-Рь

1/Н II

СМ..О-С - РЬ

I I

си,

о

II

сн3сн2-о-с-сг,+ Рь-с нн-Рь

п 0.

Напротив, не только иодистый калий, но и тиомочевина могут

выступать в качестве нуклеофила в этой реакции. 0

0

5 Н

© о

НЫ-РЬ СГ,С02

II

11 ч <-

Рк-С-0СН,СН5 ^С-МН,- ■ С-Б.

Ф ^ МI-

---СН,СН,-Я-С-ЫН2 ^ рь-с-ин-рь

II

о

V

С-.

СИ,

® Ср3С02

л НМ-Р/1

II

0-С РЬ

однако, лучшие выходы оыли получены 1фи одновременном исиользо-р.пнии иоиистого калия и тиомочевины.

I

'1'аким образом, ш раораоотаяи тр?х стадийный метод, поз поля •

ший переходить от нитрилов кислот к их знилидам.

®

МИД

. , г II г. I сгалия

Н5НШГ • /ГииТ

КЗ О

ЫН2С5МН2

Этот мотод является хорошей альтернативой обычно используемому, вкличащаму так же 3 стадии : гидролиз до кислоты, получеша хлорангидрида и ацшшрование.

«стадия С О

П 60С12 II 3 стадия

й-С-ОН--В-С-С1 д

н О

Как видно из таблицы I наш метод в отлична от классического позволяет избирательно (не затрагивая гидроксилъной группы) превращать нитрильнуй грушу в и-ариламидную.

' 3. Применение перегруппировки Пиннера для синтеза ы-ацилгидразинов и их производных.

( Следующий раздел нашей работы посвящен расширению области применения перегруппировки Пиннера на гидразонаты, которые ранее в перегруппировку Пиннера не вводили.

В качестве модельных соединений мы использовали н-фенил-втилбензогидразонат (12), гнгозилэтилбензогидразонат (13) и этил-бензосемикарбазонат (14), которые получали с помощью реакций :

ИНгС1е М-ИН-РЬ

Рк-С-0Е1 рп ин " " РЬ-С-ОЕиЫад

© ©

(12)

МНгС1 И-Мн-Тох

Рь-С-0Й +Т05ЫН-ЫН2-— РЬ-С-0Е1 + МН4С1.

(1 ъ)

ин.а о н-шонн,

!! И !!

Ри-с-оа + нгмгдн-с- ын. —-рь,- с-о£!

(Ю.

Норе груш травку проводили в ацетонитриле при течпчратур" ?«я протошропапия применяли один эквивалент трифторуксуоной кислоты. В-качестве нуклеофила и акцептора иодистогс зтил° ягт-.лц_ ковлли иодисшй калий и тиомочевину соответственно, при этом с хорошими.выходами оыли получеш гид]эазиды ИЬ),(16) и (17). М-ИН-РЬ Н-Ы-ЫН-РЬ

РК-И-Ш РЬ-ГОЕ» К] -

о

-Рь-С-НН-ЫН-РЪ

N-N1-1-10$ Н-М^Н-Тоо

N Н2С§МНг

СГзС02И

I! Ю

РЬ-С-ОЕ* ~-- РН-С-0СН2СН, МН|С5-МИ|

—^РЬ-С-ИН-МН-То^ И6^ Ы-ЫН-С0МНг Н-Н-МНС0ЫНг К.) .

0 0

И II

Рп-С - N Н - ЫН-С-!ЧНг (П)

Г"ки» (.ос8?ом. в результате выполнения г«к.й тэги* | ~'\.гн

удалось разработать 3-х стэдийннЯ ивтсд попе/ояп от (ытии.^ гипраяидам карболовых кислот.

к

4. Применение перегруппировки Пиннэра для получения моноанилидов дикарооновых кислот.

Синтез монозамещенных производных дикарооновых кислот являемся непростой синтетической задачей. Нам удалось показать , как эта задача может решаться с помощью новой модификации перегруппировки Пиннера.

Цианоуксусный эфир (18) и его моно- (19) и диалкильные производные (20) легко доступны.

\ ' Н=с- СН2-СОД^- N=C-CH-COzEt

(й) f^ r' С«) •

-Ь-^ (s|=C-C-C02£t

, И

. ^П^роход от такого жа соединений к моноанилидам моноэфи-рам, продемонстрированы нами на-примере цианоуксусного эф1фа ' (18). Цианоуксусный зфир в две стадии превращали в N-арилимида-ты (21), и (22).

© 0 ИН,С1

F+пн п ЬгШ

NsC-CH2-CO,& с_ сн со Et-i-

" HCl ЕЮ7 N-Ar , Q

J " Ю/NHaCSNH, ¡I

^EtQ-C-CH¿-CQz£t - * ArHW-C-CH2-C0zEt (w H(2Z) CF5C02H 2

(П) и (24)

Перо группировка последних с использованием найденной наш моди-

21 : Аг = № ; 22 : Аг = п-СН ,ОС, Н,

3 Ь 4

-IS-

фикации приводит к моноанилидам моноэфиров малоновых кислот (¿3) и (24).

Тагам -г.бразом, нами разраоотан метод позволянпий избирательной затрагивая сложно эфирной группы) превращать нитриль-ную группу в н-арилвмидяую.

5. Причинения nejierpyiainpom®_ Пиннеря' для получения мояоанилида-мононитрила адшшновой кислоте.

E.H. Зильберманом было показано, что ширильные группы в адиподинитриле отличаются по своей реакционной способности, так что хлористый водород может избирательно присоединяться к одной из mtx. ,

Nr С-(с - С - N -- - И N " С — (С М2). - С 2 и

С1

?то свойство одгаюдвюприла с.ию использовано нам* для получения мононитрил-ч - моноанилида ядишновой кислоты. И? пияптпила адигошовой кисло tu в две стадии был получен зтя-N-

© е NH/-CI

р, пи 11 PbW'a

NsC-(CHJ^-CSM - Et O-C-iCHzJ^-CsN ——

' N-Ph 0

Ii ю uu rftM-i , " /

—'^jf^-pmi С (щ-mi

(25) 3 2 (2S)

Его перегруппировка привела к образованию ыоно — н-фвниламида--мононитрила адишшовоЯ кислоты (26).

Строение иыиноэфира (25) и амида (26) хорошо согласуются с данными Ш и ШР-спектроскопии. В частности в ИК спектре четко проявляется полосы поглощения цианогруппы в области 2140-2250 см~1.

6. Удобный метод синтеза 5-замещенных ■ ' 2-амино-1,3,4-тиадиазолов.

Цри попытке распространить найденную нами модификацию перегруппировки Шннэра на тиосемикарбазонаты мы вместо ожидаемого н-бензилтиосемикароазида (27) получили 2-амино-5-фенил-1,3,4-тиадаазол (29).

[Щ Н-НН-Й-МН, РК-С-0Е1

Ж

КуЫН2С5НН2 СР5С02Н

СН.СаЫ

к 9

По нашему мнению это связано с высокой нуклеофильностыо атома

серы в молекуле тиосемикарбазоната (28).

Возможный механизм этой реакции включает следующие стадии :

1) N - протонирование по азоту

2) нуклвофилъную атаку атома серы по иминной группе

3) о - протонирование по'кислороду

4) отщеплевде молекулы спирта и

5) депротошгрование

. N-N Ph-\si!-N.Hi

(29)

О

II

« 2 S

(27)

|гвк следуот из приведенного механизма иодастый калий и тисмоче-цина не принимают участие в реакции и, следовательно,, их ' использование но нужно.

¿V), (30), (31) при нагревании в одетс-нитриле в присутствии одного ■(книвалента трнфторуксусной кислоты.

К = РН (29) , И = СН5- (30) И = Е1;00ССН2-".--С?11 . . ■'.троение 5-ззмешетппи2-амтю-1,3,4-тиадиазолов установлено с

юмошью ИК, УФ, ПМР-сп&ктроскопии и масс-'сгтвктрометрии. В ■гастности, с помощью УФ-спектрот.опии удалось доказать, что эти соединения имеют строение амилотиадиазолов, а но изомершх им 1Н-1,2,4-триазолин-5-тионов (32).

УФ-спектры последних записанные в сшгрте и спиртовой, щелочи должны отличаться вследствие следующей реакции :

Действительно, на ряде - примеров наш онло покйэпно, что тиосеми-,-сароазонатн превращаются в г>-ззмещ 'тшег-амино-1 ,з,4-тиадиазолы

М — NN - ЫН

irr. Ä J-Ujt

V

C=s-~ R-\ /-SNa

N'

H i

Обрагование триазолтионов наряду с аминотиазолами является одним из недостатков ранее описанных методов получения 5-замещен-шх г-амино-1 ,з,4-тиадиазолов..

Предложенный метод еыгодоо отличается от известных высокой селективностью, легкостью выделения и хорошими выходами целевых соединений.

Выводы.

1. Разработана новая модификация перегруппировки Пиннера, позволяющая проводить ее в мягких условиях.

2. . Осуществлено превращение N.-арилимидатов в N-ариламиды

карболовых кислот с помощью новой модификации перегруппировки Пиннера.

3. Расширена область применения перегруппировки Пиннера -впервые осуществлена перегруппировка гидразонатов в гид-разида карбоновых кислот..

4. Предложены методы получения моноанилида-монозфира малоновой- кислоты и ■ моноанилида-мононитрила ■ адипиновой кислоты на основе новой модификации перегруппировки Пиннера.

5. Найден новый метод получения 5-замещенных 2-амино-1, , 3,4-тиадиазолов.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях 1. Насер С., Жигачев В.Е., Магедов И.В., Усоров М.И., Смушке-вич Ю.И. Удобный метод получения- 2-амшкМ ,3,4-тиадиаэолов. // деп. ВИНИТИ 12.11.91, J» 4247-В91.

2.' Насер С., Магодов М.В., Усоров М.И., Смушкевич Ю.И., Жигачев В.Е. Модификация расщепления имидатов по Пиннеру и расширение области применения реакции. // Химия и технология биологически .активных соединений,и их полупродуктов. : Сб. научных трудов МХТИ им. Д.И.Менделеева. М., Г.»'.)?,. С. .