Новые методы синтеза азотгетероциклов с участием металлокомплексных катализаторов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Академия наук Республики Башкортостан Институт нефтехимии и катализа АН РБ и УНЦ РАН

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. №

Селнмов Фарид Абдурахманович

НОВЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА АЗОТГЕТЕРОЦИКЛОВ С УЧАСТИЕМ МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

02.00.03 - Органическая химия 02.00.15 - Химическая кинетика и катализ

Диссертация

на соискание ученой степени доктора химических наук в виде научного доклада

Уфа -1998

Работа выполнена в Институте нефтехимии и катализа АН РБ и УНЦ и Институте органической химии Уфимского научного центра РАН

Научный консультант: Доктор химических наук, профессор,

член-корреспондент РАН У.М. Джемилев

Официальные оппоненты: Доктор химических наук, профессор,

член-корреспондент РАН В.Н. Чарушин

Доктор химических наук, профессор, член-корреспондент АН РБ М.С.Мифтахов

Доктор химических наук, профессор, Р.И.Хуснутдинов

Ведущая организация: Иркутский Институт химии СО РАН

Защита диссертации состоится 1998 г.

в У V час. на заседании диссертационного совета Д 200.33.01 при Институте нефтехимии и катализа АН РБ и УНЦ РАН Адрес: 450075, Уфа, проспект Октября, 141.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Инст нефтехимии и катализа АН РБ и УНЦ РАН.

Диссертация в виде научного доклада разослана " Ъ " еР-1998 г.

Отзывы на диссертацию высылать по адресу:

450075, Уфа, пр.Октября, 141, ИНК АН РБ и УНЦ РАН, Р.Г.Булгаков

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор V ^ ~ Р.Г. Булгаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования*

Как известно, фундаментальные исследования в области металлокомплексного катализа, выполненные за последние 30 лет в лабораториях и научных центрах различных стран, легли в основу создания современных химических технологий стереоспецифической полимеризации олефинов, диенов и ацетиленов, гидроформилирования, карбонилирования, окисления олефинов, асимметрического гидрирования, линейной и циклической олигомеризации непредельных соединений, метатезиса, теломеризации, а также производства уникальных продуктов малотоннажной химии.

В этом ряду исследований особый интерес и большую перспективность представляют работы, связанные с каталитической гетероциклизацией олефинов, диенов и ацетиленов с гетероолефинами или малыми молекулами (Б, СБг, БОг, ЫН>, С02), где показана принципиальная возможность конструирования разнообразных по своей структуре (в том числе природных) кислород-, азот- и серасодержащих ациклических гетероатомных и гетероциклических соединений.

Несмотря на то, что методы металлокомплексного катализа позволяют осуществить синтезы гетероциклических соединений в одну стадию и в сравнительно мягких условиях с высокой селективностью до сих пор они не нашли широкого применения в промышленности из-за отсутствия высокоэффективных и доступных катализаторов. Не разработаны универсальные методы построения из простых мономеров и доступных реагентов целевых азотгетероциклов, в частности, пиридинов и их производных, которые широко используются в различных отраслях промышленности. Пиридины применяют в качестве полупродуктов в синтезе красителей, сорбентов, экстрагентов для выделения и очистки благородных и тяжелых металлов, а также для получения полимерных ионитов, ПАВ, современных химических средств защиты растений, лекарственных препаратов для лечения наиболее распространенных болезней человека и животных, ингибиторов кислотной коррозии металлов и светочувствительных материалов.

В настоящее время основными источниками пиридинов являются легкокипящие фракции газов коксохимического производства на металлургических предприятиях. При этом ограниченно выделяют пиридины,

* Автор выражает благодарность академику Г.А.Толстикову за искренни» поддержку этих исследований, проводимых в лаборатории каталитического синтеза Института органической химии УНЦ РАН под руководством член корреспондента РАН У.М.Джемилева.

метилпиридины, хинолины, изохинолины и промышленную смесь пиридиновых оснований. Разработан и реализован в промышленном масштабе метод получения 2-метил-5-этил- и 2-метил-5-винилпиридинов, основанный на газофазной конденсации ацетальдегида с аммиаком. Однако, данный метод имеет ряд технологических недостатков, которые связаны прежде всего с низкой селективностью процесса, малой эффективностью гетерогенного катализатора, применяемого в этом производстве, и невозможностью применения данной технологии к другим карбонильным соединениям, что ограничивает ассортимент получаемых пиридинов.

В связи с этим, поиск и разработка перспективных для промышленной реализации новых реакций и универсальных методов синтеза пиридиновых оснований различной структуры является важной и актуальной задачей.

Цель работы

Разработка новых реакций, эффективных методов и оригинальных подходов в синтезе пиридинов, дипиридинов, хинолинов, нафтиридинов, фенантролинов, имеющих многоцелевое назначение, на основе простейших и доступных нитрилов, ацетиленов, ароматических аминов, алифатических и ароматических карбонильных соединений, спиртов и хлорангидридов карбоновых кислот с использованием металлокомплексных катализаторов, приготовленных из солей и комплексов переходных и редкоземельных металлов, в сочетании с алюминийорганическими сокатализаторами, электронодонорными и электроноакцепторными лигандами.

Поставленная в работе цель включала решение следующих задач:

-разработку новых высокоэффективных и селективнодействующих металлокомплексных катализаторов, гомогенных и закрепленных на полимерной матрице или мелкодисперсных порошках переходных и непереходных металлов, способных с высокой региоселективностью проводить жидкофазную гетероциклизацию непредельных соединений, содержащих углерод-углеродную, кислород-углеродную, азот-углеродную двойные связи, с получением широкого ассортимента азотгетероциклов ряда пиридина, хинолина, нафтиридина и фенантролина с высокими выходами;

-осуществление циклосотримеризации моно- и дизамещенных ацетиленов с кислород-, азот- и серасодержащими moho-, дй-, три- и тетранитрилами с целью получения практически важных полифункциональных moho-, ди-, три- и тетрапиридинов под действием кобальтсодержащих металлокомплексных катализаторов;

-разработку перспективных методов синтеза моно- и бициклических пиридинов жидкофазной конденсацией третичных спиртов, этинилкарбинолов, винил- и алкенилацетиленов и диацетиленов с ангидридами карбоновых кислот и аммиаком в присутствии кислот Льюиса (ZnCl2, РС13> РОС13), позволяющих

синтезировать широкий ассортимент пиридиновых оснований заданной структуры;

-разработку новых эффективных методов синтеза moho-, ди- и триалкилпиридинов путем жидкофазной конденсацией ароматических и гетероароматических альдегидов с алифатическими С4-С8.альдегидами и мочевиной под действием кобальтсодержащих металлокомплексных катализаторов, а также синтез хинолинов . взаимодействием анилинов с ароматическими и алифатическими альдегидами с участием комплексных катализаторов, содержащих соединения редкоземельных элементов;

-разработку перспективных для практического применения методов синтеза нафтиридинов и фенантролинов жидкофазной конденсацией аминохинолинов и фенилендиаминов с использованием новых высокоэффективных металлокомплексных катализаторов на основе редкоземельных элементов, включающих электронодонорные лиганды.

Научная новизна

Выполнено целенаправленное исследование, в результате которогр разработаны перспективные для промышленной реализации оригинальные реакции и эффективные препаративные методы синтеза азотгетероциклов ряда пиридина, дипиридина, хинолина, нафтиридина и фенантролина с использованием новых высокоэффективных металлокомплексных катализаторов как гомогенных, так и закрепленных на полимерной матрице и мелкодисперсных порошках переходных и непереходных металлов.

Впервые осуществлена циклосотримеризация ацетилена и его замещенных производных с полифункциональными moho-, ди-, три- и тетранитрилами под действием двух- и трехкомпонентных кобальтсодержащих катализаторов типа Co+2-A1R3 с получением в одну стадию функциональнозамещенных moho-, ди-, три- и тетрапиридинов с высокими выходами.

Предложен новый одностадийный метод синтеза бициклических пиридинов циклосодимеризацией а,со-цианацетиленов, в том числе содержащих в углеводородной цепи гетероатомы (О, N и S), с ацетиленом в присутствии катализатора Co+2-A1R.3, приводящей к получению, в зависимости от структуры исходного ацетилена, к тетрагидрохинолинам или кислород-, азот- или серасодержащим дигетероциклам.

Разработаны оригинальные методы синтеза замещенных моно- и дипиридинов жидкофазной конденсацией третичных спиртов, симметричных и несимметричных этинилкарбинолов или метиленацетиленов, алкенилацегиленов и винилацетиленов с хлорангидридами карбоновых кислот и аммиаком с участием в качестве конденсирующих реагентов кислот Льюиса ;ZnCl2, TÍCI4, InCl3, PdCh - AICI3, N¡C12 -ÁlClj, TiCL, - AICh, РОС13 и PC13).

Впервые показана возможность проведения жидкофазной конденсации ,4-дизамещенных 1,3-диацетиленкарбинолов с хлорангидридами С2-С11-

карбоновых кислот в присутствии 2пСЬ с последующей обработкой полученных пиррилиевых солей аммиаком, что позволило разработать новый препаративный метод синтеза симметричных замещенных а,а'-дипиридинов с достаточно высокими выходами.

Впервые систематически исследована конденсация ароматических и алифатических альдегидов с аммиаком в присутствии гомогенных комплексных катализаторов на основе растворимых в органических растворителях соединений Ре, Со, Ш1, Ей, Рг, НЬ и Но и их солей в сочетании с алюминийорганическими сокатализаторами (АЖз) или мелкодисперсными порошками переходных и непереходных металлов. В результате разработаны перспективные для практического применения катализаторы и методы синтеза ди- и тризамещенных пиридинов заданной структуры. В качестве источников ЫНз в этих реакциях предложено использовать СНзИНг, ЫРЦОН, №1(С1, (ЫН^О.,, (Ш2)2СО.

Разработан новый эффективный метод синтеза замещенных хинолинов жидкофазной конденсацией анилинов с ароматическими и алифатическими альдегидами с использованием катализаторов, включающих соединения и соли редкоземельных элементов.

Установлено, что наиболее высокие выходы замещенных хинолинов получаются при применении каталитической системы Рг+3-АЖз-РР11з-ДМФА.

Показана возможность повышения селективности образования хинолинов и выхода целевых оснований путем изменения соотношения как исходных мономеров, так и компонентов катализатора, а также условий проведения жидкофазной конденсации.

С использованием катализатора Рг^-АШз-РРЬз-ДМФА разработан высокоэффективный общий метод синтеза 1,7-, 4,7- и 1,10-фенантролинов жидкофазной конденсацией 5-, 6- и 8-аминохинолинов с алифатическими и ароматическими альдегидами, который открывает простой и технологичный путь синтеза практически важных фенантролинов, исходя из доступных и дешевых реагентов.

Практическая ценность

В результате проведенных исследований разработаны новые высокоэффективные металлокомплексные катализаторы на основе соединений и солей Бе, Со, ЯЬ, Яц, Рс1, Рг, НЪ, Но в сочетании с

алюминийорганическими соединениями (АОС) и элеюронодонорными лигандами как гомогенные, так и закрепленные на полимерной матрице или мелкодисперсных порошках переходных и непереходных металлов, что позволило исходя из простейших и доступных алифатических ароматических альдегидов, аминов, галоидангидридов карбоновых кислот, третичных спиртов, этинилкарбинолов и ацетиленов, осуществить синтез широкого класса перспективных для промышленного применения пиридинов, а,а'-дипиридинов,

хинолинов нафтиридинов и фенантролинов, имеющих многоцелевое назначение.

Выполненные исследования по синтезу 1,7-, 4,7 и 1,10-фенантролинов легли в основу разработки новой технологии и создания опытной установки по производству 1,10-фенантролина. В результате, удалось обеспечить потребности ряда отраслей промышленности аналитическим реагентом - 1,10-фенантролином, который ранее закупался за рубежом.

На основе синтезированных алкилпиридин- и алкилхинолинкарбоновых кислот и солей меди (Си504) СиС1г) получены фунгицидные препараты контактного действия, эффективные для борьбы с твердой головней пшеницы. Препараты успешно прошли испытания и рекомендованы к внедрению.

Совместно с ОБЦ УНЦ РАН создан и внедрен на Стерлитамакском нефтехимическом заводе препарат "БИСОЛ-2" (щавелевокислая соль тетраметилметилендиамина), который прошел государственные испытания в различных климатических зонах. Препарат рекомендован для борьбы с наиболее опасным заболеванием хлопчатника - вилтом хлопчатника. Данный препарат включен в реестр разрешенных к применению на территории РФ. Одновременно этот препарат может использоваться в кач'естве эффективного фунгицида и иммуностимулятора для различных культурных (озимая рожь) и песных растений.

Совместно с ОБЦ УНЦ РАН разработан препарат "КУПРОБИСАН", полученный на основе "Бисол-2" и СиЗО^бНгО. "Купробисан" прошел государственные испытания и рекомендован в качестве эффективного средства для предпосевной обработки клубней картофеля, а также как регулятора роста-растений, обладающего фунгицидным и иммуностимулирующим действием. Применение "Купробисана" позволяет увеличить урожайность картофеля на 2530%. Данный препарат временно включен в реестр разрешенных химических средств для применения в сельском хозяйстве на территории РФ.

Совместно с НИТИГ АН РБ и ИБ УНЦ РАН на основе "Бисол-2" и известных гербицидов - 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и глифосата эазработаны новые гербицидные композиции "МЕТОФЕН" и "ГЛИФЕН", лрошедшие государственные испытания и включенные в реестр разрешенных к лрименению на территории РФ.

Ряд разработанных препаратов - "Купробисан", "БНЦ-2" и "БНЦ-4", григотовленные на основе препарата "Бисол-2" с включением солей микроэлементов ^п, 1л, В), зарегистрированы в Болгарии.

На основе хинолина и хлористого бензила • разработан ингибитор сислотной коррозии сталей «ИКУ-1», который успешно применяется в 1роизводстве ингибированной соляной кислоты. Указанный реагент внедрен на /фимском ГУЛ «Химпром»'в 1997 г.

Апробация работы

Результаты работы доложены и на XIV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Ташкент, 1989), IV Международном симпозиуме по гомогенному катализу (Ленинград, 1984), V Международном симпозиуме по связи между гомогенным и гетерогенным катализом (Новосибирск, 1986), Всесоюзных конференциях по металлоорганической химии (Уфа, 1985, Казань, 1988), Всесоюзном симпозиуме "Каталитические реакции в жидкой фазе" (Алма-Ата, 1983), VI Международной конференции (ИЮПАК) по органическому синтезу (Москва, 1986), IV Всесоюзном симпозиуме "Гетерогенный катализ в химии гетероциклических соединений" (Рига, 1987), Всесоюзном совещании "Химия и технология гетерокумуленов" (Москва, 1985), Всесоюзном совещании по пестицидам (Черноголовка, 1988), IX Всесоюзной конференции по экстракции (Москва, 1991), V Международном конгрессе по химии металлов платиновой группы (Шотландия, 1993), IX Международном симпозиуме по гомогенному катализу (Израиль, 1994), X Всероссийской конференции по химическим реактивам "Реактив-97" (Москва, 1997).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 статен, тезисы 45 докладов, получено 45 авторских свидетельств и патентов РФ.

Содержание диссертации.

1. Металлокомплекспые катализаторы в синтезе азотгетероциклических соединений.

Данный раздел диссертации посвящен разработке новых высокоэффективных и селективнодействующих мсталлокомплексных катализаторов, которые использованы в синтезе практически важных пиридинов, хинолинов, нафтиридинов, фенантролинов и их производных.

К моменту начала наших исследований в области синтеза пиридиновых оснований широкое распространение получили классические методы конструирования указанных классов азотгетероциклов, основанные на реакциях Скраупа, Дебнера-Миллера, Рима, Фридлендера, которые нашли применение, в основном, в лабораторной практике или производстве продуктов малотоннажной химии. В промышленном масштабе был реализован способ конденсации ацетальдегида с аммиаком, позволяющий получать важный мономер - 2-метил-5-этилпиридин, который после дегидрирования превращался в 2-метил-5-винилпиридин, применяемый в синтезе поливинилпиридинов и их сополимеров.

Одновременно в литературе были опубликованы оригинальные работы, в которых показана принципиальная возможность синтеза замещенных пиридинов в сравнительно мягких условиях и с достаточно высокими выходами путем жидкофазной циклосотримеризации ацетиленов с нитрилами под действием гомогенных кобальтсодержащих комплексных катализаторов. Данная реакция была изучена на примере простейших ацетиленов и нитрилов.

+ 1С°]

Кроме того, в качестве катализаторов в данной реакции, как правило, использовали заведомо приготовленные комплексы кобальта, которые отличались малой эффективностью и низкой селективностью.

В литературе имелись также отдельные разрозненные сведения о возможности использования низковалентных комплексов Со, Рс1 и ЯЪ в синтезе азотгетероциклических соединений сложной структуры., в том числе природных алкалоидов, антибиотиков и макроциклов путем межмолекулярной или внутримолекулярной гетероциклизации гетероолефинов и гетеродиенов.

Приступая к выполнению в рамках данной диссертации программы исследований в области химии синтетических азотгетероциклов, мы исходили из предпосылки, что в отличие от известных и описанных в литературе

каталитических систем, использованных в синтезе гетероциклов, следует разработать высокоэффективные и селективнодействующие

металлокомплексные катализаторы, позволяющие, исходя из ограниченного ассортимента доступных и простейших спиртов, карбонильных соединений, аминов, ацетиленов и нитрилов, целенаправленно получать в одну стадию широкий набор азотгетероцикпов заданной структуры, синтез которых другими методами является многостадийным или требует применения дорогостоящих мономеров и реагентов.

При выборе и разработке металлокомплексных катализаторов мы, в первую очередь, опирались на мировой и собственный опыт, накопленный в лаборатории каталитического синтеза, и при этом предположили, что каталитические системы, полученные путем восстановления in situ растворимых в органических растворителях соединений Fe, Со, Ni, Pd, Rh и Ru с алюминий-и магнийорганическими реагентами в присутствии электронодонорных лигандов, будут обладать более высокой каталитической активностью и избирательностью действия. Такой подход, как ( мы полагали, давал возможность достаточно строго регулировать структурную избирательность разработанных каталитических систем изменением растворителей, лигандного окружения и природы центрального атома катализатора. Тем более, подобный прием ранее был широко применен в нашей лаборатории на примере линейной и циклической олигомеризации олефинов и диенов, а также их теломеризации с аминами.

1.1. Комплексные катализаторы циклосотрнмеризации ацетиленов с нитрилами в замещенные лнридмны.

В данном разделе представлены результаты проведенных исследований по разработке новых высокоактивных и селективнодействующих гомогенных, а также закрепленных на полимерной матрице Со-содержащих металлокомплексных катализаторов циклосотрнмеризации ацетиленов с нитрилами.

Нами были использованы каталитические системы, полученные путем восстановления растворимых в органических растворителях соединений кобальта с использованием триалкилаланов, пассивированных за счет комплексообразования с 1,4-диоксаном или пиридином, которые, как мы предположили, способны осуществлять с высокой хемо- и региоселективностью циклосотримеризацию нитрилов с ацетиленами.

Одновременно представлялось перспективным испытать в качестве катализаторов данной реакции закрепленные на полимерной матрице комплексы кобальта, а также каталитические системы, полученные восстановлением солей кобальта триалкилаланами в присутствии 'мелкодисперсных порошков переходных и непереходных металлов, которые, как мы надеялись, будут играть роль промотирующих добавок и способствовать

увеличению продолжительности жизни каталитически активных частиц за счет закрепления их на поверхности металла.

В качестве модельной реакции для определения активности и эффективности предложенных катализаторов выбрали взаимодействие ацетилена с ацетонитрилом, приводящее к 2-метилпиридину.

Мы также исследовали влияние природы растворителя, структуры лигандов и условия проведения реакции с целью подбора наиболее активного, эффективного катализатора и разработки оптимальных условий для осуществления указанного процесса.

Из числа испытанных нами растворимых в органических растворителях карбоксилатов кобальта высокоактивные и эффективные катализаторы циклосотримеризации удается получить при использовании бис-(2-этилгексаноата) кобальта [Со(ЭГ)2] в сочетании с А1(ьВи)з, связанного в виде ^молекулярного комплекса с 1,4-диоксаном или пиридином. При применении других АОС наблюдается увеличения выхода бензола (таблица 1).

Таблица 1.

Влияние структуры катализатора на выход 2-метилпиридина в реакции циклосотримеризации ацетилена с ацетонитрилом

Катализатор Общий выход % Состав продуктов реакции, % -

2-метилпиридин бензол

Со(ЭГ)гА10-Ви)з-о^о 90 91 9

Со(ЭГ)2-А1(ьВи)3-МС5Н5 90 90 10

Со(ЭГ>А1Ее3 85 74 26

Со(ЭГ)2-А1(ьВи)3 81 75 24

Со(ЭГ>НА1(ьВи)2 75 70 30

СО(ЭГ)2-Е12А1С1 51 4 96

Включение в состав кобальтового катализатора электроноакцепторных или электронодонорных лигандов незначительно влияет на общий выход продуктов реакции, но увеличивает долю бензола в реакционной массе.

Оптимальными условиями проведения процесса циклосотримеризации ацетилена с ацетонитрилом являются температура 150° С, продолжительность реакции 6 часов, так как дальнейшее повышение температуры способствует увеличению доли бензола в реакционной массе за счет преимущественного протекания конкурирующей реакции циклотримеризации ацетилена.

С наибольшей селективностью циклосотримеризация протекает при использовании ароматических (бензол, толуол) и эфирных (ТГФ, серный эфир) растворителей. В высокополярных растворителях циклосотримеризация блокируется, вероятно, за счет образования с центральным атомом катализатора прочных координационно-насыщенных комплексов, неактивных в реакции ацетилена с ацетонитрилом.

В дальнейшем нами была исследована циклосотримеризация ацетилена с ацетонитрилом, катализируемая комплексом Со(ЭГ)гА1Кз, взятых в соотношении 1:2 в присутствии мелкодисперсных порошков переходных и непереходных металлов. Было найдено, что при проведении указанной реакции с участием промотирующих добавок общий выход продуктов реакции увеличивается до 95%, селективность по 2-метилпиридину повышается до 94%. В качестве алюминийорганических восстановителей применяли AlEti, AI(i-Pr)3 и высшие АОС на основе трис-(2-метил-3,5-гептадиенил)-алюминия и трис-(2-циклогексинил-3-этил)алюминия. Во всех опытах селективность по 2-метилпиридину составляла не менее 87-94% (таблица 2).

Увеличение общего выхода изученной реакции и селективности по 2-метилпиридину, очевидно, связано в данном случае с возрастанием времени жизни каталитически активных частиц за счет их закрепления на поверхности промотирующих добавок.

Наряду с указанными катализаторами были получены закрепленные на полимерной матрице комплексы кобальта, которые в сочетании с триалкилаланами проявляют достаточно высокую каталитическую активность в реакции ацетилена с ацетонитрилом (таблица 3).

В качестве полимерной матрицы использовали сополимер стирола с октилвинилсульфоксидом, полученный в лаборатории радикальной полимеризации ИОХ УНЦ РАН.

Сравнение эффективности разработанных нами наиболее активных катализаторов циклосотримеризации ацетилена с ацетонитрилом показало, что все предлагаемые каталитические системы весьма перспективны с точки зрения использования их для синтеза пиридинов (таблица 4).

Хотя кобапьтсодержащие катализаторы, промотированные порошками металлов или закрепленные на полимерной матрице, обладают достаточно высокой эффективностью по сравнению с каталитической системой на основе Со(2-этилгексаноат)2-А1ЕЬ или Со(2-этилгексаноат)2-А1(1-Рг)3, однако последние являются наиболее удобными в лабораторной практике.

Таблица 2.

Влияние промотирующих добавок на активность и селективность действия катализатора Со(2-этилгексаноат)2-АШ3 в реакции циклосотримеризации ацетилена с ацетонитрилом.

Общий Состав продуктов реакции,

Катализатор выход, %

% 2-метилпиридин бензол

Со(ЭГ)2-А1(ьВи)3: Со 95 94 5

Со(ЭГ)2-А1(ьВи)3: Бе 90 85 14

Со(ЭГ)2-А1(1-Ви)3:' А1 87 70 30

Со(ЭГ)гАЩ-Ви)}: Мп 83 82 18

Со(ЭГ)2-А10-Ви)3: Мп(асас)2 88 84 15

Со(ЭГ)2-А1(ьВи)3: А1(асас)3 85 82 18

Со(ЭГ)2-три(2-циклогексил-

-3)-этил)А1: Со 92 89 11

Со(ЭГ)2-три(2-метил-3,5-

гептадиенил)А1: Со 89 87 13

Со(ЭГ)2-пиперидипамино-

диэтилалюминий : Со 85 90 10

Таблица 3,

Влияние структуры закрепленного катализатора на выход 2-метилпиридина

Катализатор Т,°С Общий выход % Состав продуктов реакции, %

2-метилпиридин бензол

СоС12-А1(ьВи)3 50 34 43 57

СоС12-А1(1-Ви)3 130 85 83 17

СоС12-А1(1-Ви)3 200 86 60 40

СоС12-А1(1-Ви)3-пиридин 130 89 60 40

СоС12-А1Е1з 130 85. 84 15

СоС12-А1йгы_о 130 80 81 19

Таблица 4.

Влияние природы комплексных кобальтсодержащих катализаторов на селективность и эффективность образования 2-метилпиридина.

Катализатор Селективность по 2-метилпиридину, % Моль 2-метилпиридина в расчете на г-атом кобальта

Со(ЭГ)2-А111, Со(ЭГ)гАЖ2-МС5Н5 Со(ЭГ)2-АЖз-порошок Со 90 90 94 3460 3100 3480

\ \ \ -¡¡>=0-----СоС12 Я 83 3380

1.2. Катализаторы жндкофазной конденсации анилинов с альдегидами.

Нами было исследовано взаимодействие ароматических и алифатических альдегидов с анилином под действием низковалентных комплексов переходных и непереходных металлов с целью разработки перспективного для практического применения метода синтеза хинолинов. При этом, мы исходили из предпосылки, что карбонильные соединения и ароматические амины за счет неподеленной пары электронов на атомах кислорода и азота будут координироваться с центральным атомом катализатора, что приведет к активированию исходных мономеров с получением соответствующих азотгетероциклов в мягких условиях.

Так, на примере реакции анилина с масляным альдегидом изучили действие предложенных нами катализаторов и при этом установили, что наряду с целевым 2-пропил-З-этилхинолином 1 наблюдается образование № бутиланилина 2 и продуктов конденсации исходного альдегида 3 и 4.

ЫНз

Ви

+ + Е.у-у^о

о^ Е|

В результате проведенных исследований показано, что из числа испытанных нами растворимых в органических растворителях соединений переходных и непереходных металлов достаточно высокой эффективностью обладают катализаторы, полученные на основе рутения и родия в сочетании с АШз и фосфорорганическими электроноакцепторными лигандами. Замена триэтилалюминия на другие восстановители (А1Виз, Е^АЮ, НАЮиг, ЕПАЮЬ) приводит к уменьшению выхода целевого продукта 1 и увеличению 2,3 и 4, а также образованию высших гомо- и соолигомеров, тогда как применение каталитической системы без восстановителя, например ЯиСЬ-РРЬз-ДМФА, приводит к образованию 1 с выходом до 80%. Наиболее высокие выходы хинолинов 1 удается получить в условиях: 200° С, 6 ч. Дальнейшее повышение температуры приводит к образованию высших олигомеров, количество которых достигает ~25%.

Как видно из таблицы 5, наряду с 2,3-диалкилхинолином, наблюдается образование высших олигомеров, количество которых не превышает 12-13%.

1.3. Металлокомплексные катализаторы, промотпрованные порошками переходных и непереходных металлов.

В продолжение исследований по разработке эффективных катализаторов жидкофазной конденсации анилинов с карбонильными соединениями мы изучили взаимодействие анилина с масляным альдегидом в присутствии катализатора Ш1С1з-РР11з-ДМФА, закрепленного на поверхности мелкодисперсных порошков переходных и непереходных металлов. Было установлено, что при проведении указанной реакции с участием промотирующих добавок удается на только увеличить конверсию исходных мономеров до 95%, но и повысить селективность по диалкилхинолину до 85%. В качестве промотирующих добавок были использованы порошки кобальта, никеля, меди, железа, рения, алюминия, цинка и других металлов, которые, однако, дали худшие результаты. Во всех опытах селективность по 2,3-диалкилхинолину составила 72-85% (таблица 6).

и

*

Таблица 5.

Влияние природы катализатора на выход и состав продуктов реакции анилина с масляным альдегидом.

Каталитическая система Конверсия анилина, % Выход продуктов реакции, % 1 2 3+4

Мп(асас)2 - РРЬз - А^з 80 31 23 17

2г(асас)3 - РРЬ3 - А1Е(3 70 27 20 19

Сг(асас)з - РРЬ3 - А1Е13 70 30 24 12

Ре(асас)з - РРЬч-АШз 71 25 22 20

Со(асас)2 - РРЬз - А1Е13 69 28 24 8

N¡(3030)2 - РРЬ3 - А1Е13 68 23 20 13

Рс1(асас)2 - РРЬз - АШь 74 29 25 8

ЯЬ(асас)з - РРЬ3 - АЕЬ 85 68 10 4

РиСЬ- РРЬ3 - АШз 82 65 10 5

Ю1С13 - РРЬз - А1Е13 85 69 9 ' 5

ЯиС1з - РРЬз - ДМФА 85 74 8 -

ЫиСЬ - РРЬз - ДМФА 87 75 7 -

КиСЬ-РРЬз-ДМФА 86 73 9 -

ЯиСЬ - РВи3 - ДМФА 80 72 7 -

КиС13 - Аш3Р- ДМФА 82 71 6 -

ИиСЬ - (СН2-РН)3Р - ДМФА 85 79 5 -

11иС1з - РОС1з - ДМФА 64 40 21 -

КиСЬ - а,а'-дипиридил - ДМФА 89 75 10 -

ИиСЬ - 1,10-фенантролин - ДМФА 89 80 3 -

Условия опытов: температура - 200° С, время - 6 часов, растворитель -этанол, соотношение компонентов катализатора: М(асас)ц-РРЬз-А1Е1з (1:3:3) или МСЬ-Ь-ДМФА (1:3:Ю)

Таблица 6.

Влияние промотирующих добавок металлов на активность и селективность действия катализатора ЯЬСЬ-РРЬз-ДМФА в реакции конденсации анилина с масляным альдегидом

Промотирующая Конверсия Выход продуктов реакции, %

добавка анилина, %

1 2

Ъъ 86 80 5

Си 88 81 4

А1 90 85 4

Ре 80 82 5

Со 80 82 5

№ 82 72' 6

Яе 80 74 5

Повышение конверсии анилина и селективности процесса по диалкилхинолину 1 в опытах с применением мелкодисперсных порошков металлов связано, вероятно, с увеличением продолжительности жизни каталитически активных частиц за счет закрепления их на поверхности промотирующих добавок. По-видимому, этим объясняется и снижение выхода высших олигомеров, поскольку конверсия исходных мономеров протекает практически количественно в сторону образования исключительно целевого хинолина.

Наряду с указанными катализаторами нами были получены также закрепленные на полимерной матрице и неорганических носителях комплексы рутения и родия, которые проявили наиболее высокую каталитическую активность в исследуемой выше реакции. В качестве полимерной основы использовали полисульфон, фосфинированный полистирол, а в качестве неорганического носителя - фосфинированный оксид кремния.

В результате было найдено, что наибольшей каталитической активностью и селективностью действия в конденсации анилина с масляным альдегидом обладает катализатор Уилкинсона [Ш1(РР113)3С1], закрепленный на фосфинированном оксиде кремния, где выход 1 составляет более 86%. Вероятно, это связано с тем, что каталитически активные центры на неорганическом носителе расположены, в основном, на поверхности оксида кремния. В то время, как использование органических полимерных матриц, где

каталитически активные центры находятся внутри набухших глобул, например, катализатор Уилкинсона на фосфинированном полистироле, приводит к снижению выхода диалкилхинолинов до 79% за счет возникновения стерических препятствий подхода и активации исходных мономеров, а также реагентов к каталитически активным центрам.

Дальнейшее исследование каталитических свойств катализаторов, закрепленных на полимерных носителях, позволили установить, что, например, полимерные комплексы родия активнее и стабильнее их гомогенных аналогов, что, как нам кажется, объясняется специфической ролью полимерного носителя, а именно, полимерный лиганд, вероятно, достаточно прочно закрепляет каталитически активные комплексы родия, затрудняя и ограничивая тем самым подвижность центрального атома катализатора, препятствуя конгломерации активных металлоцентров, приводящей, как правило, к образованию каталитически неактивных комплексов.

Незначительное снижение выхода 1 (до 69%), и некоторое увеличение доли образовавшихся олигомерных продуктов (6%) в опытах с комплексом RuCb-полиаминсульфон, вероятно, связано со снижением каталитической активности вследствие координации центрального атома катализатора с сульфоксидной группой полимерной матрицы, что в результате приводит к блокированию активных центров катализатора.

Найдено, что наибольший выход целевого продукта наблюдается при концентрации рутения и родия в составе полимерного катализатора 10% масс. , причем дальнейшее увеличение доли указанных металлов не приводит к увеличению выхода 1.

Существенное влияние isa выход диалкилхинолина 1 оказывает природа растворителя. Так, растворители, способные координироваться с центральным атомом катализатора, участвуют в каталитическом цикле, а также от их природы существенно зависит степень набухания полимерного лиганда и, соответственно, градиент полярности между объемом растворителя и ближайшим окружением каталитического центра. Таким образом, регулируя полярность растворителя, можно усилить или затормозить проникновение субстрата к активному центру. Так, например, полистирол набухает в растворе бензола, но в этом случае не обеспечивается достаточная концентрация исходных мономеров внутри полимерного носителя, и выход 1 составляет лишь 61% при конверсии анилина 76%. Тогда, как с другой стороны, полярные растворители позволяют достичь высокой концентрации субстратов, но пе обеспечивают достаточной степени набухания полимера, что приводит к снижению выхода целевого продукта до 56-60% при конверсии анилина 7072%. Нами было найдено, что из рассмотренных нами растворителей оптимальным в указанной реакции является тетрагидрофуран.

Необходимо также отметить, что одним из недостатков указанных катализаторов (на полимерной матрице) является потеря активности при трех- и четырехкратном их применении.

Продолжая исследование жидкофазной конденсации анилина с масляным альдегидом нами впервые обнаружена высокая каталитическая активность соединений на основе редкоземельных элементов. Так, установлено, что максимальная конверсия исходных мономеров достигала 95-98%, а селективность по 1 составляла 90% в опытах с РгСЬ, НоСЬ, ЕЬСЬ. Кроме того, использование катализаторов на основе редкоземельных элементов позволяет существенно сиизить температуру конденсации реакции до 100° С.

Существенное влияние на выход и селективность реакции оказывает природа растворителя и лигандного окружения центрального атома катализатора. Наибольшей каталитической активностью обладают комплексы празеоднма(Ш), стабилизированные азот- и фосфорсодержащими электронодонорными лигандами. При применении в качестве лигандов фосфинов выход 2,3-диалкилхинолина достигает 91% . Применение бор- и серосодержащих лигандов несколько снижает каталитическую активность указанных катализаторов. Особенность каталитического действия системы РгСЬ-РРЬз-ДМФА в значительной степени зависит от сочетания в составе каталитического комплекса лигандов с различным спектром действия. Так, трифенилфосфин стабилизирует как низшие, так и высшие степени окисления металлов, тогда как ионы СГ , по-видимому, за счет высокой элеюроноотрицательности, препятствуют полному переходу р-электронов на (1-н ^орбитали центрального атома катализатора, т.е. окислению лиганда, и понижению заряда на ионе металла, что в итоге приводит к стабилизации высшей степени окисления металла. Эти особенности, вероятно, определяют скорость протекания каталитического цикла - от стадии активации до элиминирования, в процессе которых центральный атом катализатора пребывает в различных степенях окисления. Так как скорость протекания каталитического цикла определяет активность (эффективность) катализатора, то при прочих равных условиях каталитическая система РгСЬ-РРИз-ДМФА обладает наибольшей активностью.

Как показали последующие исследования, большое значение на выход и селективность указанной реакции оказывает природа растворителя. Наиболее предпочтительными являются растворители, в которых образуется двумерная система водородных связей - одноатомные алифатические и ароматические спирты, где выход 1 достигает 90%. Замена указанных растворителей .на другие апротонные и диполярные приводит к снижению выхода целевого продукта 1 до 30-67%.

Таким образом, исследование жидкофазной конденсации анилина с масляным альдегидом под действием различных типов выбранных нами катализаторов позволило установить, что наиболее эффективными каталитическими системами являются катализаторы, закрепленные н; неорганических носителях и полимерной матрице, а также комплексы рутени-промотированные добавками порошков переходных и непереходных металло: а также гомогенные каталитические системы на основе растворимых )

органических растворителях комплексов родия и редкоземельных элементов, в частности, празеодима, тербия и церия. Применение указанных каталитических систем позволило не только существенно увеличить выход 1, но и температуру конденсации до 100-150° С при сохранении высокой селективности по целевому хинолину.

2. Синтез пиридиновых оснований циклосотримернзацией ацетиленов с нитрилами под действием ннзковалентных комплексов кобальта.

Многоцелевое назначение и применение азотгетероциклов, особенно пиридина и его производных, хинолинов, нафтиридинов, фенантролинов в различных отраслях промышленности, стимулировало проведение исследований по поиску и созданию новых путей их получения. Так, к началу наших исследований в литературе отсутствовали сведения о возможности использования гомогенных металлокомплексных катализаторов в синтезе функциональнозамещенных моно-, ди- и трипиридинов.

2.1. Синтез 2-замещенных O-, N- и S-содержащих пиридинов с использованием катализатора Со(2-этилгексаноат)2-А1Е1з

Как было отмечено выше, одним из перспективных и эффективных каталитических способов синтеза пиридинов различной структуры является метод, основанный на реакции циклосотримеризации нитрилов с ацетиленами под действием комплексов кобальта. Данная реакция ранее была изучена преимущественно на примере простейших алкилнитрилов и ацетиленов.

С целью расширения области приложения этой реакции и исследования возможности вовлечения в указанную реакцию нитрилов более сложном структуры, а также получения практически важных 2-замещенных O-, N- и S-содержащих пиридинов мы изучили взаимодействие y-алкокси-, алкилтио-, диалкиламино- и циклоалкиламинопропионитрилов с ацетиленом, катализированное низковалентными комплексами кобальта. Кроме того, в этих опытах представлялось интересным выяснить влияние структуры пропионитрилов, являющихся би- и тридентантными лигандами, на направление реакции циклосотримеризации, а также на активность и селективность действия кобальтовых катализаторов.

В ходе исследования реакции циклосотримеризации было установлено, что наиболее высокие выходы пиридинов можно получить при применении катализатора, приготовленного восстановлением бис-этилгексаноата кобальта триэтилаланами. В связи с этим все последующие эксперименты по синтезу пиридинов мы проводили с использованной указанной каталитической системы.

Циклосотримеризация алкил- и циклоалкилоксипропионитрилов с ацетиленом, взятых в соотношении 1:2, приводит к получению соответствующих 2-алкоксиэтилпиридинов 5-11 с достаточно высокими выходами. Структура радикалов в эфирном остатке заметно влияет на общий выход циклоолигомеров и содержание пиридинов 5-11 в реакционной массе. Замена алкоксильных радикалов в исходных пропионитрилах на аминоалкильные радикалы не приводит к уменьшению как общего выхода азотгетероциклов, так и селективности по пиридинам 12-16.

При циклосотримеризации 3-алкилтиопропионитрилов с ацетиленом значительно уменьшается не только общий выход продуктов реакции, но и содержание в реакционной массе 2-алкилтиоэтилпиридинов 17-19. С увеличением длины углеводородной цепи в тиоалкильном радикале у-замещенных пропионитрилов несколько возрастает общий выход олигомеров, но при этом селективность по пиридинам существенно снижается.

Я-СН2-СН2Ч^

[Со]

+

НС—СН м СН2-СН2-К

Я=ОСН3; ОС4Н9; ОС2Н5; СК^Н,,; ОСНСН3-; -М-(С2Н5)2; ОСН2 -N1^1 ; -М"(СН3)С6Н5; -3-С2Н5; -8-С3Н7; -3-С4Н9

О

Циклосотримеризация указанных нитрилов с алкилацетиленами протекает аналогично, приводя к соответствующим пиридиновым производным 20-28 и продуктам циклосотримеризации исходных алкилацетиленов -триалкилбензолам 29-31 (таблица 7).

^-(СНгЬ-СМ +

К-С-СН

[Со]

N (СН^-Я'

к

и

я

2С-2?

?9-?

Таблица 7.

Циклосотримеризация алкилацетиленов с замещенными пропионитрилами

Соединение Я И' Общий выход пи-ридинов и бензолов, % Состав продуктов реакции, %

Пиридины Бензолы

20 Рг осн, 90 78 22

21 Ви ОСНз 89 76 24

22 СзНц ОСНз 87 76 24

23 Рг ОС4Н9 93 74 26

24 Рг 8 68 32

25 Ви n о Ч_1 91 81 19

26 С5Н11 БСгНз 74 58 42

27 С5Н11 5С3Н7 76 60 40

28 Рг 50|Н9 79 62 38

Впервые систематически исследована циклосотримеризация ацетилена и его алкилпроизводных с пропионитрилами, содержащими в своей молекуле атомы кислорода, азота и серы в присутствии двухкомпонентной каталитической системы Со(2-этилгексаноат)2-А1Е1з, что позволило разработать удобные и простые методы синтеза с высокими выходами 2-алкокси-, 2-диалкил-, циклоалкиламино- и 2-алкилтиоэтилпиридинов, которые представляют практический интерес в качестве комплексообразователей катализаторов межфазного переноса и исходных веществ в синтезе препаратов для медицины и сельского хозяйства, экстрагснтов.

2.2.Каталитическая циклосотримеризация функционально-замещенных пропионитрилов с ацетиленом.

Нами впервые изучено взаимодействие а,а'-, а,а,а'-, а,а,а'а'- (р-цианоэтил)алкилацетонов, этиловых эфиров 2-, 2,2'-(Р-цианоэтил)малоновой, циануксусной и 1-циан-1-циклоапканкарбоновых кислот с ацетиленом,

катализируемое системой Со(2-этилгексаноат)2-А1Е1э, с целью разработки новых перспективных методов синтеза ранее труднодоступных функциональнозамещенных пиридинов.

Так, циюгосотримеризация. 3,3-бис-(р-цианоэтил)-2-бутанона с ацетиленом (150°С, 8 часов) приводит к образованию 5-оксо-4-метил-4-(2-пирид-2'-илэтил)гексаннитрилу 32 и 3,3-бис (2-пирид-2'-илэтил)-2-бутанону 33 с общим выходом -35 и 65%, соответственно. Наряду с моно- и дипиридинами, в указанной реакции наблюдается образование незначительного количества бензола.

О

11 г \

сн3—c-c-(ch2-ch2-cn)2

r

[Со],

°vch3 i

(ch2)2-c-(ch2)2-cn r

32,34-36

нс=сн

r=ch3, с3н7, соос2н5, с6н5

0%С,СН3

(сн2)2-с-(сн2)2 r

33,37-39

+

Существенное влияние на выход моно- и дипиридинов оказывает соотношение ацетилен:нитрил. Так, при соотношении 3:1 основным продуктом реакции является 32 - 86%, а при соотношении 10:1 - 33 - 92%.

Циклосотримеризация ацетилена с другими замещенными (Р-цианоэтил)-алкилацетонами проходит аналогично, причем замена алкильного радикала на фенильный не влияет на выход продуктов реакции гетероциклизации. Взаимодействие ацетилена с а,а,а'-3-(р-цианоэтил)диалкилкетонами в присутствии Со-содержащих катализаторов приводит к получению также замещенных пиридинов. Изменяя соотношение исходных мономеров, можно регулировать селективность реакции. Так, с увеличением количества ацетилена в реакционной массе удается существенно повысить выход ди- и трипиридиног. 42-45, содержание которых достигает 94%, при соотношении нитрил:ацетштен, равном 1:12.

HC-CHJ-CHJ-CN

¿-(CHj-CHJ-CN),

o=c

HC=CH

[СО]

Ó-

OL„

(CHJIj-CH-C-C-^CHJ-CHJ-CN)

40,41

R

^ -(CHj^-CH-C-C-lCHjb-O CHj-CHJ-CN

O-.

42,43

^ -(^ь-сн-с-с4(си2ь-

R R \ /

44,45

Циклосотримеризация 2,2,5,5-тетра(р-цианоэтил)циклопентанона с ацетиленом, взятых в соотношении 1:20 в описанных выше условиях проходит с образованием смеси циклоолигомеров 50-51 с общим выходом - 98%.

В развитие этих исследований, нами разработан метод синтеза моно- и дипиридинов, содержащих сложноэфирные группы. Так, например, циклосотримеризация диэтилового эфира 2,2-бис-(р-цианоэтил)молоновой кислоты приводит к получению диэтилового эфира 2-(2-пиридилэтил)-2-(Р-цианоэтил)молоновой кислоты 52 и дипиридила 53, соотношение которых составляет, соответственно, 70:30 (соотношение нитрил:ацетилен, равном 1:10) при общем выходе - 98%.

<\ „ос2н5 с

c-(ch2-ch2-cn), 0 ос2н5

+ нс-сн

[Со]

0Ч ,ос2н5

X

(CH2)2-C-(CH2)2-CN

о^сЧю2н5

<ñi V* <ñ\

с voc2h5

52

53

Диэтиловый эфир 2-((3-цианоэтил)молоновой кислоты и этиловый эфир циануксусной кислоты реагирует с ацетиленом, давая соответствующие пирйдины 54-55 с высокими выходами.

Нами впервые была изучена циклосотримеризация этиловых эфиров 1-циан-1-циклоапканкарбоновой кислоты с ацетиленом.

56 (п=3), Й7 (п=4)

Предлагаемый, метод является перспективным для синтеза этиловых эфиров 1-(2-пиридил)-1-циклоалканкарбоновых кислот. В результате проведенных исследований разработан перспективный для промышленной реализаций метод синтеза полифункциональных пиридинов, основанный на циклосотримеризации функциональнозамещенных нитрилов с ацетиленом под действием низковалентных комплексов кобальта.

2.3. Синтез полифункциональных моно- и дипиридинов.

С целью разработки эффективных методов синтеза полифункциональных моно- и дипиридинов выполнена программа работ по исследованкю циклосотримеризации а,о>-динитрилов, содержащих в своей молекуле атомы кислорода, азота и серы, с ацетиленом под действием каталитической системы Со(2-этилгексаноат)2-А1Е1з, приводящая к получению моно- и дипиридинов сложной структуры. Так, реакция бис-(Р-цианоэтилового)эфира с ацетиленом приводит к образованию смеси 4-оксо-6-(2-пиридил)гексанонитрила 58 и 1,5-бис (2-пиридил)-3-оксопентана 59 с общим выходом ~ 90%. Пиридины 60-61 были получены в результате взаимодействия ацетилена с бис-3,3'-дипропионитрилсульфидом. В случае вовлечения в указанную реакцию бис-3,3'-дипропионитриламина выход целевых пиридинов (95%) незначителен (12%), однако селективность по 4-амино-6-(2-пиридил)гексанитрилу 62 составляет 98%. При проведении циклосотримеризации указанных выше нитрилов с избытке ацетилена под действием кобальтового катализатора Co+í-AlEt3 удается получить дипиридины 59, 61,63 с выходом 95,80 и 40%, соответствено.

нс=сн + x{ch2-ch2-cn) ico]

(ch2)2-x-(ch2)2-cn

n'

(ch2)2-x-(ch2)2

n'

58,60,62

59,61,63

x=0. s. nh

Подобным образом проходит реакция динитрилов, полученных реакцией цианэтилирования ди-, три- и тетраэтиленгликолей, с ацетиленом и в зависисимости от концентрации последнего можно получить преимущественно моно- 64-67 или дипиридины 68-71 с достаточно высокими выходами.

Циклосотримеризация ацетилена с 4-оксо-7-тио-декан-1,10-динитрилом в присутствии указанного катализаторов приводит к получению соответствующих пиридинов 72, 73 с выходом 85%. Реакция ацетилена с 4,10-диоксо-7-тиотридекан-1,13-диншрилом протекает аналогично, однако независимо от соотношения исходных мономеров наблюдается образование преимущественно монопиридина 74, а содержание дипиридина 75 в этих опытах не превышает

pi-CHj-CHj-CN CHjVO-OVCHJ-CN

68-71

СН2-СН2-0-(СН2)2-СЫ <

СН2-СН2-0-(СН2)2-СМ

X=CN 74, С5Н4М 75

Динитрипы, полученные цианэтилированием соответствующих диолов, также вступают в реакцию циклотримеризации с ацетиленом с образованием соответствующих моно- 76-78 и дипиридинов 79-81 с выходом 90-98%, причем увеличение длины углеводородной цепочки между двумя атомами кислорода не оказывает существенного влияния на выход и состав продуктов реакции.

Как показали результаты опыта, полифункциональные нитрилы, содержащие в углеводородном радикале одновременно несколько атомов кислорода и серы, вступают в реакцию циклосотримеризации с ацетиленом под действием низковалентных комплексов кобальта, приводя к получению моно- и дипиридинов сложной структуры, однако для получения высоких выходов целевых пиридинов в этих опытах необходимо применение значительных концентраций катализатора.

Таблица 8.

Влияние структуры исходных динитрилов на общий выход и состав моно- и дипиридинов*.

Общий Состав продуктов реакции,

Исходные нитрилы выход. %

% монопирн- дипири-

дины дины

NC(CH2)2-0-[(CH2)20]-(CH2)2CN 95 70 (64) 30 (68)

NC(CH2)2-0-[(CH2)20]2-(CH2)2CN 95 40 (65) 60 (69)

NC(CH2)2-0-[(CH2)20]3-(CH2)2CN 90 47 (66) 53 (70)

NC(CH2)2-0-[(CH2)20]4-(CH2)2CN 60 45 (67) 55(71)

NC(CH2)2-0-(CH2)2-S-(CH2)2CN 65 45 (72) 55(73)

NC(CH2)2-0-(CH2)2-S-(CH2)2-0-(CH2)2CN 70 90 (74) 10 (75)

NC(CH2)2-0-(CH2)rO-(CH2)2CN 90 60 (76) 40 (79)

NC(CH2)2-0-(CH2)4-0-(CH2)2CN 90 70 (77) 30 (80)

NC(CH2)2-0-(CH2)-CH-0-(CH2)2CN . 95 58 (78) 48(81)

CH,

* Условия опытов: время реакции 6 ч, температура 150°С, соотношение Со:А1:нитрил=1:3:10:20

СН + II СН

[Со]

^CHz-C^-O-íCHj^

СН2-СН2-0-(СН2)2-Х

Ъ.<\, Внутримолекулярная циклосодимеризация а,й)-циаиоацетнленов с ацетиленом, катализируемая комплексами кобальта.

До начала наших исследований в литературе отсутствовали данные о возможности осуществления гомоциклосодимеризации а.со-цианоацетиленов. Мы предположили, что вовлечение в реакцию а,ш-цианоацетиленов, имеющих в своей структуре одновременно ацетиленовую и нитрильную группу, под действием низковалентных комплексов кобальта позволит осуществить внутримолекулярную циклосодимеризацию указанных соединений с получением ранее труднодоступных бицикпических пиридинов различной структуры. С этой целью были получены а,ю-цианоацетилены общей формулы N:=C-(CH2)n-C=CH 82-85 и изучены их гомопревращения в присутствии двухкомпонентной каталитической системы Со(2-этилгексаноат)2-А1Е1з. Так, нагревание 6-гептинилнитрила в присутствии указанной каталитической системы приводит к образованию 2-(4-цианбутил)-5,6,7,8-тетрагидрохинолину 86 с высокой селективностью (95%), причем наибольший выход наблюдается при проведении реакции при температуре 150° С в течении 10 ч в ароматических растворителях и соотношении компонентов катализатора (Со:А1) и исходного соединения равным 1:3:20.

66,89

Во всех опытах реакция протекает с высокой селективностью и приводит к получению исключительно продуктов внутримолекулярной циклосодимеризация 86-89 - бициклическим -пиридинам. На основании полученных экспериментальных результатов сделан вывод, что ацетиленовая и нитрильная группы в условиях циклосодимеризации одновременно входят в координационную сферу центрального атома катализатора и тем самым затрудняют подход и активирование трех ацетиленовых группировок, г следовательно, и образование в указанных условиях производных бензола. Не исключено также, что образование пиридинов в данном случае являете? энергетически более выгодным процессом.

2.5.Циклосодимеризация кислородсодержащих а.со-циаиоацетиленов с ацетиленом под действием комплексов кобальта.

С целью расширения области применения метода внутримолекулярно! циклосодимеризации а,<м-цианоацетиленов для синтеза бициклически

C-N (СН2)П с=ы

[Со]

сн

(CH2)n-CN

п=4-8

производных пиридина, а также вовлечения в эти- превращения - а,ю-нитрилацетиленов, содержащих в своем составе атом кислорода, мы изучали их гомо- и содимеризацию с ацетиленом под действием каталитической системы Со(2-этилгексаноат)2-А1Е1з. К моменту наших исследований в литературе отсутствовали сведения о возможности проведения указанной реакции с участием гетероатомсодержащих нитрилацетиленов.

Мы обнаружили, что проведение. гомоциклосодимеризации кислородсодержащих нитрилацетиленов с использованием упомянутых выше катализаторов оказалось безуспешным. Во всех опытах, независимо от условий реакции, природы и соотношения компонентов катализатора мы наблюдали образование незначительных количеств продуктов циклосотримеризации исходных мономеров в соответствующие тризамещенные бензолы. Вероятно, наличие атома кислорода в молекуле а,со-цианоацетилена препятствует подходу и активации одновременно ацетиленовой и нитрильной групп за счет участия неподеленной пары электронов кислорода в формировании координационной сферы центрального атома катализатора.

В связи с этим наши эксперименты были направлены на изучение циклосодимеризации а,со-цианоацетиленов с ацетиленом. Так, циклосодимеризация ацетилена с пропаргилоксипропионитрилом приводит к образованию смеси пиридинов 90,91 и нитрила 92.

НС-С-СН2-0—(СН2)2-СМ

• ' 1с°) 80%

нс=сн

92

Как выяснилось,, аналогично протекает реакция 1-пентин-4-оксипропионитрила с ацетиленом, приводящая к соответствующим замещенным пиридинам и бензолам. Следует отметить, что при переходе от ацетилена к алкилацетиленам мы наблюдали образование исключительно производных бензола 93, 94.

' НС»*С-СН2-0—(СН^-СМ

И-С-СН

93 94

С2Н5, С^Ну, С<Нд

оо-а

90

•0-

СН2-0-(СН2Ь 91

СН2-0-(СН2)2-СМ

В дальнейшем мы установили, что при циклосодимеризации а,ш-цианацетиленов, не содержащих гетероатомы, наблюдается образование бицикличеких пиридинов различной структуры. Так, взаимодействие 1-цианогексина-5 с ацетиленом в выбранных нами условиях приводит к образованию смеси 2-замещенных - 95,96 и бициклических 97,98, а также цианбутилбензолов 99.

(QujO • ©и

(CH^-C-CH

C«=N

W JE95 96

\ 4 сн с=сн

ОО^ + 0-(CH2)<-cN ♦ «QQL^-cn

98 99 97

Как видно, разработанная нами реакция внутримолекулярной циклосодимеризации а,ш-цианацетиленов с ацетиленом, протекающая с участием низковалентных комплексов кобальта, может служить эффективным методом получения новых типов моно- и бициклических функциональнозамещенных производных пиридина, синтез которых другими методами представляется весьма сложным и многостадийным.

3.1. Синтез пиридинов реакцией хлорангидридов карбоновых кислот и алифатических спиртов с аммиаком в присутствии кислот Лыоиса.

В соответствии с литературными данными при взаимодействии трет.буганола с хлорангидридом уксусной кислоты и аммиаком в присутствии А1СЬ образуется смесь простейших пиридинов 100-102.

С целью расширения области приложения данного метода для получения практически важных метилпиридинов, а также выяснения возможности вовлечения в указанную реакцию вторичных и третичных спиртов, ди- и тризамещенных олефинов различной структуры, а также этинилкарбинолов мы систематически исследовали реакцию упомянутых выше мономеров с хлорангидридами карбоновых кислот и аммиаком под действием кислот Льюиса, представляющих собой галогениды переходных и непереходных металлов. На примере взаимодействия трет.бутанола с ацетилхлоридом и аммиаком мы изучили влияние природы кислоты Льюиса на выход и состав продуктов реакции с целью разработки наиболее активного и селективнодействующего катализатора.

В результате проведенных исследований установили, что использование в качестве конденсирующих реагентов таких кислот Льюиса как гпС12, Т1СЦ, РаСЬ-А1СЬ, №СЬ-А1С1з, БпСЦ-АЮЬ способствует повышению выхода 100 практически до 100% при сохранении высокой селективности по целевому пиридину 100.

сн3-с';

С1

-он

атСЬ NN3

Значительное влияние на выход и селективность реакции окутают соотношение исходных мономеров и природа кислоты Льюиса. Так, с увеличением доли ацетилхлорида в реакционной смеси выход 100 достигает 80%, а конверсия трет.бутанола при этом составляет 90%. При использовании в качестве кислот Льюиса А1С13, РеС1з, Т1СЦ наблюдается образование смеси пиридинов с общим выходом ~70%. Однако, сочетание сильных и слабых кислот Льюиса позволяет направить конденсацию исходных мономеров в сторону образования преимущественно 100. Наибольшей активностью в указанной реакции обладает 7пС12, в присутствии которого выход 2,4,6-триметилпиридина достигает ~ 99%.

Таблица 9.

Влияние природы кислоты Льюиса на выход и состав продуктов реакции трет.бутанола с ацетилхлоридом.

Кислота Льюиса Общий выход азотге- тероциклов, % Состав продуктов реакции, %

100 101 102

А1С13 70 35 35 30

РеС13 65 80 10 10

ЪпСХг 99 100 0 0

Т1С14 80 75 15 .10

РсЮ12-А1С1з 92 88 6 / 6

МС12-А1С13 87 80 • 12 8

БпСЦ-АЮЬ 78 38 25 35

Мы предположили, что первоначально конденсация трет.бутанола с хлорангидрйдами карбоновых кислот протекает через стадию дегидратации исходного спирта в соответствующий олефин, взаимодействие которого с двумя молями хлорангидридов кислот приводит к образованию соответствующей пирилиевой соли, обработка которой аммиаком приводит к 100. С этой целью специально была изучена конденсация изобугилена с хлорангидридом уксусной кислоты, которая после обработки продуктов реакции аммиаком приводит к образованию 2,4,6-триметилпиридина с практически количественным выходом.

100

Данная реакция имеет общий характер, однако с увеличением алкильного радикала в молекуле хлорангидрида карболовой кислоты выход пиридинов несколько снижается. Так, взаимодействие хлорангидридов масляной, валериановой или капроновой кислот с изобутиленом и аммиаком приводит к 2,4,6-триалкилпиридинам 103-105 с выходом ~ 80%.

+ сн3-сч

С1

гпС12 МНЯ

103 И=С3Н7

104 Р=С4Н9

105 Я^Нц

С целью разработки методов синтеза пиридинов, содержащих алкильные заместители различной структуры, мы исследовали смешанную конденсацию изобутилена одновременно с двумя молекулами различных карбоновых кислот в присутствии гпСЬ с последующей обработкой продуктов реакции аммиаком. При этом образуется смесь тризамещенных пиридинов 106-108, содержащих в качестве алкильных радикалов фрагменты обеих карбоновых кислот.

-<

И-СОС1 Я'-СОС!

гпС1г>

МНз *

106 Яч-С^Нд; Ю/^^На.Я^СзНуИОв^СэН,

Таким образом, жидкофазная конденсация трет.бутанола или изобутилена с хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии кислот Льюиса с успехом может быть использована для синтеза 2,4,6-триалкилпиридинов заданной структуры.

3.2. Конденсация хлорангидридов карбоновых кислот с высшими третичными спиртами и аммиаком в присутствии ЪлСХг.

С целью расширения области приложения реакции жидкофазной конденсации трет.бутанола с хлорангидридами карбоновых кислот мы исследовали взаимодействие третичных спиртов различной структуры с упомянутыми в предыдущей главе хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии ZnClj. При этом было установлено, что при конденсации 1,1-диметил-2-алкилзамещенных третичных спиртов с хлорангидридами карбоновых кислот наблюдается образование 2,3,4,6-тетраалкилзамещенных пиридинов. Так, 2-метилбутанол-2 взаимодействует с хлорангидридом уксусной кислоты в присутствии ZnCh и NH-) (30°С, 4 ч) с образованием 2,3,4,6-тетраметил-пиридина 109 и 2,6-диметид-4-этилпиридина 110 в соотношении 6:4 с общим выходом - 70%. Получение указанных пиридинов 109,110, вероятно, проходит через стадию дегидратации исходного спирта в соответствующий олефин 111,112, взаимодействие которого с исходным хлорангидридом приводит к пиридинам 109,110.

+ ch3coci

-Н,0

111

112

Указанное предположение было подтверждено взаимодействием 2-метилбутена-2 с ацетилхлоридом в присутствии Z\xCЬ и аммиаком, при этом нами были получены с количественными выходами пиридины 109-110. В отличие от реакции ацетилхлорида с 2-метилбутанолом-2, хлорангидриды масляной, валериановой или капроновой кислот образуют в данной реакции исключительно 2,3,6-триалкил-4-метилпиридины 113-115.

В аналогичных условиях жидкофазная конденсация 2,4-диметнлпентанола-2 116 или 2-метилгексанола-2 120 с хлорангидридами уксусной или валериановой кислот в присутствии ZnCb проходит с образованием три- 117,121 и тетраалкиззамещенных 118,119,122,123 пиридинов.

он

+ rcoci

znci2 nh,

r n r r n r

118r=ch3;119r=c4hg 117r=ch3

ОН

+ rcoci

znci2 nh,

OI ~. ГО

r n r r n r

122 r=ch3; 123 r=c4h9 121 r=ch3

Предполагая, что взаимодействие спиртов протекает через стадию дегидратации последних в соответствующие олефины, мы провели конденсацию 2-метилпентена-2 с хлорангидридом уксусной кислоты и аммиаком в присутствии 2пСЬ, при этом были получены соответствующие пиридины 124,125 в соотношении 6:4.

Рассматривая механизм формирования молекул пиридинов мы исходили из предпосылки, что на первой стадии проходит дегидратация исходных третичных спиртов в соответствующие олефины, реакция которых с хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии ZnCI2 дает пирилиевые соли, обработка которых аммиаком приводит к получению соответствующих замещенных пиридинов. С целью подтверждения высказанного предположения мы провели реакцию трет.бутанола с хлорангидридами карбоновых кислот с последующей обработкой продуктов реакции хлорной кислотой. В результате были выделены пирилиевые соли 126,127, структура которых подтверждена спектральными методами анализа, а обработкой последних аммиаком получили соответствующие пиридины.

-он

ЯСОС1

МН3

нсю4 >

2пС1г

126 Я=СНз; 127 К=С3Н7

N»3 1

сю'4 я" ^

126,127

3.3. Синтез алкнлпиридинов реакцией этннилкарбинолов с хлорангидридами карбоновых кислот и аммиаком в присутствии 2пСЬ.

Рассматривая взаимодействие третичных спиртов или 1,Г,2-замещенных олефинов с хлорангидридами карбоновых кислот или аммиаком под действием ¿пСЬ как метод синтеза три- и тетраалкилзамеш.енных пиридинов, мы попытались вовлечь в эту реакцию этинилкарбинолы, винилацетилены и ш; производные с целью получения замещенных пиридинов более сложи:1" структуры.

Исходные этинилкарбинолы синтезировали реакцией ацетиленида натр. • или этилмагнийгалогенида с соответствующими карбонильными соединениям -.

В качестве конденсирующего реагента использовали ZnCl2, который позволяет получать пиридины с наиболее высокими выходами .

Так, диметилэтинилкарбинол 128 взаимодействует с хлорангидридом уксусной кислоты в присутствии ZnCI2 и аммиаком (30° С , 4 ч) с образованием 2,4-димстилпиридина 129 с выходом ~ 95%. Аналогично протекает реакция с хлорангидридами масляной, валериановой и капроновой кислот, приводя к соответствующим пиридинам 130-132. Повышение температуры реакции до 40СС увеличивает выход целевых пиридинов до 85%.

+ rcoci

он

128

zncb ПН, '

129 r=ch3

130 r=c3h7

131 r=c4h9

132 r=c5hn

Мы установили, что существенное влияние на выход целевых пиридинов оказывает природа кислоты Льюиса. Например, при использовании А1С1з или FcCb выход 130-132 не превышает 30%, тогда как применение ZnC)2 или 1пС1з увеличивает выход пиридиновых оснований до 90%. Необходимо отметить, что в отличие от простейших алифатических третичных спиртов этинилкарбинолы взаимодействуют в выбранных условиях лишь с одной молекулой хлорангидрида карбоновой кислоты, давая исключительно дизамещенные пиридины.

Надо полагать, что конденсация этинилкарбияола 128 с хлорангидридами карбоновых кислот и аммиаком в присутствии ZnCl2 протекает как и в случае простейших третичных спиртов через стадию дегидратации исходного спирта в винилацетилен 133, последующее взаимодействие которого с соответствующим хлорангидридом карбоновой кислоты после обработки продуктов реакции аммиаком проходит с образованием 2,4-диметилпиридина 129 с достаточно высокими выходами.

^ б.

N I

129-132

128 Ä

-н,0

rcoci

Для подтверждения высказанного предположения мы исследовали конденсацию 1-изопропенилацетилена с ацетилхлоридом. Последующая обработка продуктов реакции аммиаком привела к 2,4- диметилпиридину 129 с выходом ~90%.

РСОС1

ЫН,

гпси

Подобным образом реагирует 1-изопропенилацетилен с хлорангидридами масляной и валериановой кислот, давая пиридины 130,131. Полученные экспериментальные результаты и литературные данные позволили предположить, что формирование молекул дизамещенных пиридинов из винилацетиленов и хлорангидридов карбоновых кислот в присутствии 2пСЬ или 1пС1з, вероятно протекает через ацилирование винильной группы исходным хлорангидридом с последующим внутримолекулярным замыканием в пирилиевую соль 134, взаимодействие которой с аммиаком приводит к получению 129-131. Для подтверждения высказанного предположения изучили реакцию бис(тридейтерометан)этинилкарбинола с АсС1 и ЫНз под действием гпСЬ.

о3с

с-с-сн ^'он

СН3-СОС1

_ИлС1п

^нГ

нсо2 нсо2 с03

н _ ^Н Н^ л О- _ о

о

н n сн3 н "сн, н' "ы' "сн3

135 136 137

+

Полученные частично дейтерированные пиридины идентифицированы спектральными методами (ЯМР'Н-, ИК-, масс- спектрометрией). Образование пиридинов 135-137 можно объяснить за счет протекания изотопного обмена в условиях конденсации под действием 1пС\г и представить следующей схемой.

0,с

^с—с=сн + сн3-с0с1

°3С он

гпси

. I

135 + 136 + 137

Дальнейшие наши исследования были направлены на расширение ассортимента этинилкарбинолов, способных вступать в реакцию с хлорангидридами карбоновых кислот и аммиаком с полученем пиридинов, содержащих углеводородные радикалы различной структуры.

Так, в реакции метилэтинилкарбинола с хлористым ацетилом в присутствии 7пС12 с последующим взаимодействием полученных пирилиевых солей с аммиаком образуется 2,3,4-триметилпиридин 138 с выходом ~75%. В аналогичных условиях метилэтинилкарбинол реагирует с хлорангидридами масляной и валериановой кислот, давая соответствующие 3,4-диметил-2-пропилшфидин 139 и 3,4-диметил-2-бутилпиридин 140 с выходами 70 и 80%, соответственно.

НзС'

сн3 I

-с-с=сн

I

он

я-сос1

N4, '

138 к=сн3

139 я=с3н7

140 р=с4н9

Подобным образом осуществлена жидкофазная конденсация метилбутилэтинилкарбинола с хлорангидридами уксусной, масляной и валериановой кислот в присутствии 2пСЦ и аммиака с получением 2,3,4-тризамещенных пиридинов 141-143 (выход 70-80%).

Н3С.

СН3

I -3

,с-с=сн

I

он

К-СОС1

141 к=снз

142 r=cзh7

143 р=с4н9

Дипропилэтинилкарбинол реагирует с хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии гпСЬ и аммиака с образованием 2,3,4-триалкилзамещенных пиридинов 144-146 с количественными выходами.

144 к=сн3

145 р=с3н7

146 я=с4н9

Были проведены также исследования жидкофазной конденсации винил- и алкенилацетиленов с хлорангидрйдами карбоновых кислот, в результате чего получены пнридины 141-146 с высокими выходами.

Р'

СН3 I

С-С^СН + Р-СОС1

ын,1

При переходе к метиленацетиленам мы получили несимметричные 2,3,4,6-тетраалкилзамещенные пиридины. Так, из 2-пропил-1-гептен-3-ина 147, ацетилхлорида и аммиака получили 2,4-диметил-3-этил-6-пропилпиридин 148 ■ выходом 60%.

С-С-147

+ СН3-СОС1 -ТПТ^*

0 ын3

Аналогичные результаты получены при использовании в этих реакциях других метиленацетиленов.

>

с-с-к

СН3-СОС1

гпсь "Ж"*

К' N СН3 149-151

149 Р?=СЭН7; Я-С2Н5

150 К=СЭН7; ^=С4Н9

151 И^Н^'К^Н,,

С целью разработки простого препаративного метода синтеза метиленацетиленов, используемых нами в синтезе пиридинов, мы впервые исследовали линейную димеризацию и содимеризацию терминальных ацетиленов под действием комплексных палладиевых катализаторов типа Рс!(асас)2-Ь-АШ:1, которые широко используются в линейной и циклической олигомеризации сопряженных диенов.

[РсН /

К-С=СН -—-*■ И-С^С—\

И

СН2

!Ч-СН3; С2Н5; С3Н7; С4НЭ; СзН^; С6Н13

Гомодимеризация а-ацетиленов протекает с наибольшей селективностью в присутствии каталитической системы Рс1(асас)2-РР11з-АЕ1з в ароматических растворителях (100°С, 6 ч). Выход метиленацетиленов в указанных условиях достигает 65%.

Аналогично проходит содимеризация терминальных а-ацетиленов в присутствии РсЗ-содержащих комплексных катализаторов, приводя к 'соответствующим метиленацетиленам.

и-с-сн к

+ ■|Р<11 ► я-с-с—^ + и-с-с—^ + Я'-С-С—^ я-с-сн сн2 СН2 СН2

В ходе изучения данной реакции мы обнаружили, что увеличение алкильного радикала в молекуле исходных метиленацетиленов не оказывает существенного влияния на выход и состав продуктов реакции.

Как следует из данного раздела диссертации конденсация этинилкарбинолов, винил- или метиленацетиленов различной структуры с хлорангидридами карбоновых кислот и в присутствии кислот Льюиса и аммиака представляет эффективный метод синтеза ди-, три- и тетраалкилзамещенных пиридинов, перспективных для практического применения.

На основании литературных данных, а также собственных результатов, мы предположили, что этинилкарбинолы, винилацетилены и метилвинилацетилены реагируют с хлорацетипенами карбоновых кислот с образованием первоначально пирилиевых солей, последующее взаимодействие которых с аммиаком приводит к образованию пиридинов.

Для подтверждения вышесказанного предположения мы специально синтезировали достаточно стабильную пирилиевую соль реакцией метилфенилэтинилкарбинола с хлорангидридом бензойной кислоты в присутствии гпС12 с последующей обработкой реакционной массы НСЮ4. При этом полученная пирилиевая соль 152 была выделена и ее структура доказана спектральными методами (ИК-, ЯМР 'Н и 13 С).

При взаимодействии 152 с МНз практически с количественным выходом образуется 2,4-дифенилпиридин 153.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при конденсации этинилкарбинолов и винилацетиленов с хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии Т\\С\1 в качестве ключевых интермедиатов образуются пирилиевые соли, которые реагируют с ЫНз, превращаясь в соответствующие пиридины.

ри

СН3 I J Ph—С-С= I

ОН

■СН + PhCOCI

нею,

'4 ,

NH3

CIO4

152

153

К сожалению, нам не удалось выделить устойчивые пирилиевые соли в случае конденсации алифатических этинилкарбинолов и хлорангидридов карбоновых кислот, однако при обработке продуктов реакции вторичными аминами получили производные диметиланилина, что свидетельствует о промежуточном образовании пирилиевых солей и в этих опытах. Так, взаимодействие метилэтилэтинилкарбинола с хлорангидридом уксусной кислоты под действием Z11CI2 и последующей обработки реакционной массы аиметиламином нами был выделен диметиланилин 154, что свидетельствует об эбразовании пирилиевой соли 155 в ходе данной реакции.

С H,

i 3 zrci2

ch3n^c-c«ch + ch3coci -^

OH

ch,

,CH3

чг "CH3

CH,

hn(ch3b

znci,

•CH,

n(ch3)2

155

154

Аналогичные результаты удалось получить при обработке 155 пиперидином или диэтиламином. При этом получены соответствующие производные анилина 156,157.

СН3

СН3 ^АГ^СНз

даь 1В У1

156

157

Таким образом, предложенный метод жидкофазной конденсации этинилкарбинолов, замещенных винил- и метилацетиленов с хлорангидридами карбоновых кислот под действием кислот Льюиса с последующей обработкой аммиаком является эффективным методом синтеза ди-, три- и тетраалкилзамещенных пиридинов заданного строения.

3.4. Синтез циклоалкнлзамещенных пиридинов реакцией этинилкарбинолов с хлорангидридами карбоновых кислот и N113 в присутствии 2пС12.

К началу наших исследований в литературе имелись отдельные сведения о возможности осуществления реакции хлорангидрида циклогексанкарбоновой кислоты с изобутиленом и изопентеном в присутствии А1С1з, приводящей к получению 2,6-дициклогексилзамещенных пирилиевых солей, выход которых не превышает 20-40%.

н3сч

N—/ н3с i I 158

/ \ АЮЦ

( у-coci + ,с=сн2

Мы предположили, что пирилиевые соли аналогичной структуры могу быть получены реакцией алифатических карбоновых кислот, наприме| ацетилхлорида, . с диметил-(А3-циклогексенилэтинил)-карбинолами

присутствии кислот Льюиса. Последующая обработка образующихся в ходе этой реакции пирилиевых солей ЫНз, как мы полагали, позволила бы осуществить синтез ранее труднодоступных 2-циклогесенилзамещенных пиридинов.

Для реализации высказанной идеи в качестве объектов исследования выбрали диметил-(Д3-циклогексенилэтинил)карбинол и диметил-(Д3-3,4-диметилциклогексенил)карбинол, которые вовлекли в реакцию с ацетилхлоридом в присутствии 2пС12. После обработки продуктов реакции

161 Р=Р?'=Н;К"=Рг 165 Р=Н; ГС=Ме; ГС'=Ме

162 Я=№=Н; Н"=1-Ви 166 Р=Н; ГС=Ме; Я"=Рг

163 К=Ме; Р'=Н; К"=Ме 167 К=ГС=Ме; РГ=Ме

164 Р=Ме; Р'=Н; РГ=Рг 168 ГС=Ме; К"=Рг

В дачыгейшем установили, что при замене хлорангидридов карбоновых кислот на соответствующие иод- или бромангидриды наблюдается назначительное увеличение выхода соответствующих пиридинов. Увеличение длины алкильного радикала в молекуле исходного хлорангидрида карбоновой кислоты не оказывает существенного влияния на выход и направление реакции, также как и введение алкильных заместителей в циклогексенильный радикал исходного этинилкарбинола.

В результате нами разработан эффективный метод синтеза 2,4,6-тризамещенных пиридинов с циклогексенильными заместителями. Полученные результаты стимулировали проведение исследований, направленных на разработку методов синтеза бициклических пиридинов на основе разработанной нами реакции конденсации хлорангидридов карбоновых кислот с этинилкарбннолами 169 по следующей схеме.

"(СН2)П

с-сн

с + к_сос1 !

ОН 2. N43, 20"С, 14.

ЛЧ" "Я

169 170

Предварительным экспериментами было показано, что конденсация указанных мономеров в присутствии 2пС12 проходит с образованием 2-метил-

3,4-триметиленпиридина 170 с выходом не более 5%. Основная часто исходных мономеров в этих условиях превращается в высшие олигомеры.

Мы предположили, что использование более мягких кислот Льюиса, чем Z:\Ch,. позволит осуществить данную реакцию с более высокой селективностью, что даст возможность синтезировать бициклические пиридины с удовлетворительными выходами. С этой целью мы испытали целый ряд кислот Льюиса на основе переходных и непереходных металлов (СиС1, СиС12, РеС12, БеСЬ, УС14, УОСЬ, Ш16, СоС12, №С12, Рс1С12, ЯЪСЬ, Т^СЦ, ЗпСЦ, РОСЬ).

В результате проведенных исследований было найдено, что в присутствии двухкомпонентной системы кислот Льюиса, состоящей из 2пС12-РОС13, удается получить пиридин 170 с выходом более 55%. Аналогично реагируют этинилкарбинолы 171,172 с образованием пиридинов 173, 174 с выходом более 60%. Замена хлорангидридов.карбоновых кислот на иод- или бромангидриды позволяет увеличить выход целевых пиридинов до 95%.

На основе литературных данных, а также полученных результатов мы предположили, что формирование молекул бициклических пиридинов из циклических этинилкарбинолов и галоидангидридов карбоновых кислот в присутствии катализатора 2пС12-РОС13 протекает также через стадию образования соответствующих пирилиевых солей, которые при обработке аммиаком дают соответствующие бициклические пиридины по следующей схеме: -

,с=сн

+ я-сос1

169 п=2

171 0=3

172 п=4

170 п=2; я=ме

173 п=3; я=ме

174 п=4; я=ме

,с=сн

+ я-сос1

-н20

;-с-сн

RCOCI

— v,

^(СН2)П

о

ИпОХ

Ж3

N Я

х=с1, вг, 3

Разработанный метод синтеза бициклических пиридинов открывает простой и перспективный для практического использования путь синтеза ранее труднодоступных пиридиновых оснований, которые имеют многоцелевое назначение.

Последующие наши усилия были направлены на использование исследуемой реакции конденсации этинилкарбинолов с галоидангидридами карболовых кислот и NH3 для разработки метода синтеза а.а'-дипиридиновых оснований с использованием в качестве ключевого мономера 1,3-диацетиленовых карбинолов.

В ходе изучения данной реакции было обнаружено, что в качестве катализаторов можно с успехом использовать такие кислоты Льюиса, как ZnCb-А1СЬ, ZnCh-SnCLt и ZnCh-POClj. В их присутствии выходы дипиридиновых оснований заметно выше, чем при применении ZnCb. Так, например, при конденсации 1,3-диацетиленового карбинола, полученного окислительной димеризацией диметилэтинилкарбинола, с ацетилхлоридом с последующей обработкой реакционной массы NH3 образуется 4,4',6,6'-тетраметил-2,2-дипиридин 175 с выходом ~5%. Введение в состав конденсирующего агента (ZnCb) эквимолярного количества AICI3, SnCLj, POCI3 позволяет увеличить выход 175 до 25%.

Аналогично проходит данная реакция с хлорангидридами масляной и валериановой кислот, приводя к соответствующим симметричным алкилзамещенным дипиридинам 176,177. Симметричные 1,3-диацетиленовые карбинолы, синтезированные из пяти- и шестичленных кетонов и ацетилена также вступают в реакцию с хлор- или бромангидридами уксусной кислоты и МН3, давая соответствующие а,а'-дипиридины 178,179 с достаточно высокими выходами (30 * 50 %).

R=Me, Pr, Ви; Х=С1, В г, J

175-177

/

ОН но'

с=с—с-с,

/

\

(СН2)п

ZnCl2-POCI3

+

NH3

снзсовг

h3c n"

N СН3

178 п=2 179 п=3

С целью синтеза а,а'-дипиридинов, содержащих в своей структуре одновременно циклические заместители, мы провели жидкофазную конденсацию несимметричных 1,3-диацетиленовых гликолей с галоидангидридами карбоновых кислот. В этих опытах получены дипиридины 180,181 с удовлетворительными выходами (~30%).

СН,

/(сг=с)2 с—сн3

он

сн3совг

н3с n n сн3

180 п=2 181 rv=3

■f

Таким образом, разработан универсальный метод синтеза пиридинов, основанный на жидкофазной конденсации этинилкарбинолов, в том числе симметричных и несимметричных бис-этинилкарбинолов с галоидангидридами карбоновых кислот и NHj в присутствии кислот Льюиса, являющийся в настоящее время одним из наиболее эффективных и перспективных способов конструирования в одну стадию моно- и дипиридиновых оснований заданного строения.

3.5. Жидкофазная конденсация этинилкарбинолов с ангидридами карбоновых кислот в присутствии НС104 и NH3.

К моменту начала наших исследований в литературе полностью отсутствовали сведения о возможности проведения жидкофазной конденсации этинилкарбинолов и винилацетиленов с ангидридами карбоновых кислот. В связи с этим мы исследовали указанную реакцию в присутствии различных типов кислот Льюиса с целью получения пиридиновых оснований. Было найдено, что среди испытанных кислот Льюиса и Бренстеда в этой реакции наибольшей активностью обладает HCIO4.

Так, при взаимодействии простейших этинилкарбинолов с ангидридами карбоновых кислот с участием НСЮ4 были получены 2,4-диалкил- и 2,3,4-триалкилпиридины 129,130,138-140.

сн3

СН3

r-c-c-ch ♦ (KCOfaO ОТ

ОН V^R-

r-h%ch3, сзн7, с4н

129,130,138-140

По аналогичной схеме протекает реакция циклоалкилэтиннлкарбинолов с ангидридами карболовых кислот с получением после обработки продуктов конденсации ЫН3 замещенных пиридинов 170,173, 174 с высокими выходами.

(СН2)П

(СН2)п

С-СН

ОН

нею.

+ (КС0)20 —¡¡р-«-

Взаимодействие диметил-(Д3-циклогексенилэтинил)карбинола с уксусным ангидридом (30°С, 3 ч) в присутствии НСЮ4 приводит к 2,4-диметил-6-(2-циклогексенил)-пиридину 160 с выходом ~40%.

СН3

сн.

' НПО

С-С-С-СНз + (СН3С0)20 -^р-

он 3

160

Подобным образом реагирует ангидрид масляной кислоты, давая пиридин 161 с выходом ~37%.

сн3

СН3 I л

нею.

,с-с-с-сн3 + (С3Н7С0)20 ж он 3

С,н

Зп7

161

Разработанный нами подход к синтезу пиридинов расширяет ассортимент исходных мономеров, используемых в жидкофазной конденсации этинилкарбинолов с ангидридами карбоновых кислот, и этот метод с успехом использован в качестве препаративного способа синтеза замещенных пиридиновых оснований различной структуры.

4. Жидкофазная конденсация алифатических альдегидов с N113 под действием металлокомплексных катализаторов.

В настоящее время газофазная конденсация паральдегида с №13 широко применяется для промышленного получения 2-метил-5-этинилпиридина 182. Существенными недостатками данного метода являются низкая селективность процесса, а также необходимость проведения реакции при температуре 250500° С и высоком давлении (80-100 атм). В этих условиях наряду с 182 образуется смесь 2-, 4-метил-и 4-метил-З-этилпиридинов. Существенно снижается селективность указанной реакции при переходе к другим высшим алифатическим и ароматическим альдегидам, что сильно ограничивает применение этого метода не только в промышленности, но и в лабораторной практике.

Приступая к выполнению исследований по расширению области приложения реакции конденсации паральдегида с ЫНз, мы исходили из предпосылки о возможности активирования исходных мономеров с помощью комплексов переходных металлов за счет комплексообразования с центральным атомом катализатора.

В качестве объектов исследования выбрали высшие алифатические альдегиды, а также мочевину, гидроксиламин и аммонийные соли неорганических кислот как источники ЫНз, полагая, что применение аммонийных солей позволит в условиях реакции постепенно генерировать аммиак, что в свою очередь, приведет к повышению селективности конденсации.

Для осуществления указанной реакции нами были использованы комплексные катализаторы на основе соединений Zr, Ре, Со, Сг и Р<1, которые наиболее широко применяются в реакциях линейной и циклической олигомеризации олефинов, диенов, ацетиленов, а также карбонильных соединений и аминов.

Для разработки оптимальных условий, на примере реакции паральдегида с' аммиаком, исследовали влияние природы и соотношения компонентов катализатора, природы растворителей и источников аммиака, а также условий конденсации на выход и селективность образования 182.

Установлено, что количественный выход 2-метил-5-этилпиридина 182 достигается при использовании в качестве источника ИНз таких солей как (Шд^С^ или (ЖЩгСО и катализатора Со(2-этилгексаноат)2-А1Е1з в

182

ацетоиитриле, пиридине', бензоле и толуоле (180-200°С, 2 ч). При этом общий выход 182 достигает 87-88%, а селективность по 182 ~98% (таблица 10). В отсутствие катализатора выход 182 не превышает 18%.

Я-СН2-СНО в о 183 Я=Е1

тгуг 184 к=рг

185 Я=Ви

(МН2)2СО 186 И=С5Н11

•332-187

"87 Я-С6Н1з

Таблица 10.

Влияние природы исходных аммонийных солей и аминов на выход и селективность образования 2-метил-5-этилпиридина 182 в реакции с паральде гидом .*

Аммонийные соли Конверсия Селективность Выход

паральдегида, по 182, 182,

% % %

(Ш2)2СО 97 99 87

(Ш,)2504 98 99 83

Ш2ОН.НС1 96 98 49

№1,С1 94 ' 98 26

СНзЫНг 64 97 25

МВДН 99 99 18

(ВД)2Р04 ** 75 99 18

ЫН,ОН** 70 99 5

* Условия опытов: время 2 ч, температура 200° С, растворитель

толуол, соотношение амин:паральдегид:Со:А1 = 30:50:1:3 ** Опыты проведены в отсутствие катализатора

Количественный выход 182 удается получить также при использовании комплексных катализаторов на основе соединений Ъх, Ре, Сг (таблица 11). Как видно из таблицы, заметное влияние на выход 182 оказывает природа А1-органического восстановителя, а именно, наилучшие результаты получили при применении АШ^ и АШигН (83% и 57%, соответственно).

Разработанные нами катализаторы и найденные условия конденсации позволили провести реакцию с участием масляного, валерианового, капронового альдегидов. При этом выходы соответствующих 2,3.5-триалкилпиридинов 183-187 в этих опытах составили не менее 80% при сохранении высокой селективности по пиридинам (98%).

Таким образом, предложенный нами способ жидкофазной конденсации паральдегида с сульфатом аммония или мочевиной в присутствии металлокомплексных катализаторов на основе соединений переходных металлов (Ъ, Бе, Со, N1, Сг, Рё) в сочетании с алюминийорганическими восстановителями является наиболее перспективным методом синтеза 2-метил-5-этилпиридина с общим выходом -85% при селективности реакции 97-99%. Кроме того, указанный метод позволяет проводить конденсацию с участием, наряду с паральдегидом, других высших алифатических альдегидов различной структуры, что делает данный подход исключительно перспективным с точки зрения получения пиридинов заданной структуры.

Таблица 11.

Влияние природы катализатора на выход и селективность образования 182.*

Катализатор Конверсия Селективность Выход 182,

паральдегида, % по 182, % %

Со(2-ЭГ)2 ** -А1Е13 99 98 87

Сг(асас)з -А1Е13 98 97 75

2г(асас)з -А1Е{3 99 99 63

Ре(асас)з -А1Е13 97 99 62

Р(1(асас)2 -А1ЕЬ 99 99 61

Со(С5Н8Н4)2 -А1а3 99 86 60

М§(асас)2 -АШ^ 99 98 57

Со(СЖК)2*** -А1Ш3 97 98 56

СоС12 -АШЬ 92 99 55

Со(СН3СОО)2 -А1Е13 99 87 47

Щасас)2 -А1Е(3 99 82 47

А1(асас)з -А1Е13 98 96 43

* Условия опытов: время 2 н, температура 200°С, растворитель

соотношение паральдегид:аммиак:Со:А1=30:60:1:3

** 2-ЭГ = 2-этилгексаноат

***. СЖК = фракция Сш-С2о высших карбоновых кислот

4.1. Смешанная жидкофазиая конденсация алифатических и ароматических альдегидов с мочевиной, катализируемая комплексами переходных металлов.

Как известно из Литературы, газофазная конденсация бензальдегида с уксусным или масляным альдегидами и аммиаком в присутствии гетерогенных катализаторов на основе AI2O3, импрегнированных комплексами переходных металлов, при температуре 300-500° С приводит к получению смеси 2- и 4-фенилпиридинов с общим выходом не более 30%. Другие замещенные ароматические и алифатические альдегиды, в том числе содержащие . функциональные заместители, в указанную реакцию вовлечь не удается.

С целью разработки эффективного метода синтеза арил- и гетероарилзамещенных пиридинов, а также расширения границ применимости указанной реакции мы изучили жидкофазную конденсацию бензальдегида и замещенных производных бензальдегида, фурфурола и 4-пиридинальдегида с алифатическими альдегидами (C^-Q) и мочевиной, катализируемое низковалентными комплексами Fe, Со, Ni, Y, Си, Pd, Ti, W, Hf, Rh.

Указанные каталитические системы были получены путем восстановления растворимых соединений указанных металлов с помощью AlEt3, Al(OEt)3, AlEtiCl, AlEtCh, MgEt2, BB113, BPr3 в ароматических и эфирных растворителях.

На примере конденсации бензальдегида с масляным альдегидом и мочевиной было изучено влияние природы катализатора на выход и состав продуктов реакции. Мы нашли, что Наибольшей каталитической активностью в этой реакции обладает система, полученная путем восстановления Со(2-этилгексаноата)г триэтилалюминием (таблица 12). В найденных условиях наибольший выход пиридинов (80%) получен за 4 часа при 200° С. В полученной смеси пиридинов доля 2-фенил-3,5-диэтилпиридина 188 и 2-пропил-3,5-диэтилпиридина 183 составляет ~95%. При гомоконденсации бензальдегида с мочевиной в выбранных нами условиях наблюдается образование только арилзамещенных пиридинов.

[Со]

183

184

Таблица 12.

Влияние природы катализатора на выход и состав продуктов конденсации бензальдегида с масляным альдегидом и мочевиной *

Общий выход Состав продуктов

Катализатор продуктов реакции, %

реакции, %

188 183

Со(2-ЭГ)2 - А1Е13 80 95 4

Со(асас)2 - А1Е13 65 94 5

Щасас)2 - А1ЕЬ 60 96 5

А1(асас)3 - А1Е(3 58 73 25

Сг(асас)3 - АШэ 60 91 6

2г(асас)4 - АШЬ 52 78 20

Со(2-ЭГ)2 - А1Ви3 78 94 4

Со(2-ЭГ)2 - На1Ви2 72 94 5

Со(2-ЭГ)2 - Г^Е^ 70 93 2

Со(2-ЭГ)2 - А1Е12С1 59 90 6

Со(2-ЭГ)2 - А1ЕС12 50 88 7

Со(2-ЭГ)2 - ВВи3 ** 38 65 30

Со(2-ЭГ)2 - ВРг3 ** 25 55 32

Без катализатора ** 18 70 25

* Условия опытов: времы 4 ч, температура 200о С, растворитель толуол, соотношение реагентов бензальдегид:масляный апьдегид:мочевина=1:1,5:1. Конверсия бензальдегида 90-100% (** 50-70%)

Было установлено, что направление конденсации не изменяется при переходе к высшим алифатическим альдегидам С5-С8. Во всех опытах наблюдается образование 2-арил-3,5-диалкилпиридинов и 2,3,5-триалкилпиридинов.

R

ГС о]

RCHO + R'CHO + (NH2)2CO -—

190-193 183-187

187 R=C6H13 190 R=C5H11,R'=Ph;

188 R=Et 191 R=C6H11,R'=Ph;

189 R=Pr, R'=Ph 192 R=Et, R'=C4H30;

193 R=Pr, R'=C4H30.

Таблица 13.

Синтез 2-арил(гетероарил)-3,5-диапкилпиридинов жидкофазной конденсацией арил(гетеро)альдегидов с алифатическими альдегидами и аммиаком.*

R R R'

Исходные альдегиды Общий выход пири- динов, % Соотношение продуктов реакции, %

РгСНО RCHjCHO ж»

О~сно он РгСНО 92 (194) 59 (183) 39

F РгСНО 90 (195) 44 (183) 54

осн3 PrCIIO 90 (196) 63 (183) 37

/-СН3 О РгСНО 87 (197) 55 (183) 45

с^м—сно РгСНО 85 (198) 70 (183)30

С^сно РгСНО 81 (199) 56 (183) 44

мО)~сно ВиСНО 79 (200) 55 (183) 45

-©-оно п-С6Н1зСНО 71 (201) 54 (187)46

/^сно О РгСНО 60 (192) 56 (183) 44

О-сно О ВиСНО 51 (193) 15 (184) 85

О-сно о п-С6Н,зСНО 40 - (187) 99

* Условия реакции: время 6 ч, температура 200° С

Полученные результаты показали, что структура и положение заместителя в ароматических альдегидах практически не влияет на направление конденсации, а содержание 2-арилпиридинов в смеси тризамещенных пиридинов составляет 70%. Как видно из таблицы 13 реакция пара-питробензальдегида и 4-формилпиридина с алифатическими альдегидами проходит с образованием тризамещенных пиридинов, однако их общий выход заметно ниже, чем в опытах с бензальдегидом. В опытах с фурфуролом мы наблюдали, что при переходе к высшим альдегидам СтС% образования. 2-фурилпиридина не происходит. В этом случае основным продуктом реакции является 2,3,5-триалкилпиридин.

Смешанная конденсация 2-этил-2-гексен-1-аля, являющегося продуктом кротоновой конденсации масляного альдегида, с бензальдегидом или орто-фторбензальдегида с мочевиной проходит с образованием 2-фенил- или 2-фторфенил-3,5-диэтилпиридинов с выходами не менее 80%. Замена в этой реакции бензальдегида на масляный альдегид приводит к получению 183 с выходом 85-90%.

С целью расширения области приложения разработанного нами метода жидкофазной конденсации альдегидов с органическими и неорганическими аминами (паральдегид : бензальдегид : мочевина = 1:1:1, 200° С, 10 ч) в присутствии гомогенных комплексных катализаторов (Со+2-А1Яз) в соответствующие замещенные пиридины, а также получения арилзамещенных пиридинов мы исследовали взаимодействие паральдегида с бензальдегидом и мочевиной или сульфитом аммония, являющихся источником ИНз, под действием указанного катализатора. В результате получили смесь 2-бензил-4-фенилпиридина 202 и 2-метил-5-этилпиридина 182 в соотношении 1:1 с общим выходом >90%.

Между тем, газофазный вариант реакции паральдегида с бензальдегидом и ИНз протекает с образованием смеси 2- и 4-фенилпиридинов с общим выходом не более 40%.

В указанных выше условиях орто-фторбензальдегид превращается в соответствующий 2,4-фторарилзамещенный пиридин 203 и 2-этил-3,5-диметилпиридин 182.

Разработанный нами метод жидкофазной смешанной конденсации ароматических и алифатических альдегидов с мочевиной под действием низковалентных комплексов кобальта может служить эффективным препаративным методом синтеза тризамещенных пиридиновых оснований различной структуры.

5.Синтез хинолинов жидкофазной конденсацией анилинов с алифатическими альдегидами под действием катализатора

Одним из перспективных и эффективных методов синтеза хинолинов является метод, основанный на конденсации ароматических аминов с карбонильными соединениями под действием гомогенных и гетерогенных металлокомплексных катализаторов. Указанная реакция изучена преимущественно на примере взаимодействия простейших аминов и альдегидов.

Разработав достаточно активные и селективнодействугощие катализаторы жидкофазной конденсации анилина с алифатическими альдегидами в

Я

202 Я=Н

203

182

РгСЬ-РРЪ-ДМФА.

соответствующие хинолины, мы попытались вовлечь в указанную реакцию анилины и альдегиды более сложного строения с использованием наиболее эффективного катализатора РгСЬ-РРЬз-ДМФА, а также исследовать влияние структуры альдегидов и природы заместителей в анилинах на направление гетероциклизации и выход хинолинов.

Так, конденсация замещенных анилинов с адйфатйческими альдегидами, взятых в соотношении 1:2:2 (температура 10Й° С, время 6ч) приводит к образованию соответствующих 2,3-диалкилхинолинов I, 204-219 с высокими выходами, где наряду с целевыми продуктами наблюдается образование Ы-. алкиланилинов и высших олигомеров, содержание которых не превышает 15%. Причем увеличение размеров алкильного радикала в исходных алифатических альдегидах Практически не влияет на выход целевых продуктов и направление конденсации.

МН2

X = Н; 14 = Е11 91%, Рг 204 87%, ¡-Рг 205 86%, С5Н„ 206 85% Я = Е1; X = о-Ме 207 60%, р-Ме208 70%, т-Ме209 73%, о-ОМе 210 71%, р-ОМе 211 77%, ш-ОМе212 7Э%, т-МОг213 65%, т-Вг 214 64%, р-Вг 215 52%, о-Вг216 42%, т-С1 217 60%, р-С1 218 50%, о-С1 219 37%

В ходе исследования данной реакции было обнаружено, что существенное влияние на направление реакции й выход целевых хинолинов оказывает природа и расположение заместителей в Молекуле исходных анилинов. Конденсация 2-замещенных анилинов, которые имеют только одно свободное ор|о-г(оложение для замыкания гетероциклического кольца, приводит к образованию 8-замещенных хинолинов, тогда как пара-замещенные анилины дают соответствующие 6-замещенные хинолины. Необходимо отметить, что при проведении конденсации мета-замещенцых анилинов с алифатическими ц;]ьдег^Дамй в соответствии с литературными данными наблюдается' образрванйе трудноразделимой смеси 5- и 7-замещенных хинолинов с низкцми внхйДами. Между тем, использование в качестве катализаторов комплексов на основе Ирозеодима, реакция проходит с образованием исключительно 7-замещенных хинолинов с высокими выходами, причем природа заместителя в молекуле исходного анилина не оказывает влияния на направление реакции.

Рассматривая механизм образования хинолинов, можно предположить, что первоначально под действием катализатора протекает димеризация исхрдного алифатического альдегида с последующим взаимодействием по

реакции Михаэля с анилином, что приводит к образованию аминоальдегида 220.

По всей вероятности, в выбранных условиях активирование исходных мономеров осуществляется путем координации анилина и димера алифатического альдегида с центральным атомом катализатора за счет неподеленной пары электронов на атомах азота и кислорода, а также л-электронов как ароматического кольца, так и двойнЬй связи а,р-ненасыщенного альдегида. При этом, как мы полагали, происходит внутримолекулярное окислительное присоединение (циклометаллирование) ароматического орто-атома водорода с получением металлокомплекса, в котором молекула анилина связана с атомом палладия о- и я-связями.

Последующая электрофильная атака карбонильной группы в орто-положение к цмНно-группе исходного анилина приводит к замыканию цикла и образованию оксихинолина 221. Для подтверждения предполагаемого механизма нами была специально осуществлена конденсация анилина с димером масляного альдегида с участием каталитической системы РгСЬ-РРЬз-ДМФА. В результате был получен 2-пропил-З-этилхинолин I с выходом ~84%.

t 3 7 н

шг

^^ N С3Н7 I

?.2i

Для расширения области приложения данной реакции и с целью получения арилгетероарилзамещенных хинолинов исследовали совместную жидкофазную конденсацию алифатических и ароматических альдегидов с анилинов под действием указанного катализатора.

Совместная конденсация анилина с бензальдегидом и масляным альдегидом, взятых в соотношении 1:1:1 (180° С, 5 ч), приводит к образованию смеси 2-арил-З-алкил- и 2,3-диалкилхинолинов в соотношении 40:60 с общим выходом -95%.

•NHj

^CHO + CH3-CHrCHO

•R

222-226

R=Et 222 35%, Pr 223 24%, ¡-Pr 225 19%, C5H„ 226 15%

Конденсация 4-пиридинальдегида и масляного альдегида с анилином дает 2-(4-пиридил)-3-этилхинолин 227 с выходом ~43%. Подобным образом ' реагируют другие арил- и гетероарилзамещенные альдегиды.

X = Н 227 43%, р-Ме 228 35%, т-Ме 229 30%, 0-Ме 230 10%, р-Вг 231 2(3%

6. Синтез нафтиридинов и фенантролннов под действием катализаторов на основе редкоземельных элементов.

Продолжая исследование . жидкофазной конденсации альдегидов с ароматическими аминами, а также с целью разработки эффективного метода синтеза замещенных нафтиридинов и фенантролннов, мы изучили взаимодействие аминохинолинов и фенилендиаминов с алифатическими и ароматическими альдегидами, катализируемое комплексами редкоземельных металлов, проявляющих наибольшую активность в реакциях гетероциклизации.

На примере реакции конденсации 3-аминохинолина с масляным альдегидом бйгло изучено влияние природы катализатора, типа растворителя, условий конденсации, соотношения исходных компонентов катализатора и мономеров на выход и состав продуктов реакции.

В результате установлено, что 3-аминохинолин реагирует с масляным альдегидом с образованием 2-пропил-3-этил-5,6-бензо-1,7-нафтиридина 232, Ы-(2-этилгексенил-2)-3-аминохинолина 233 и продуктов самоконденсации исходного альдегида (не более 8%) с общим выходом ~95%. В ходе изучения влияния природы лантанидов, используемых в качестве катализаторов, было найдено, что конверсия исходных мономеров, независимо от природы центрального атома< катализатора, составляет 90-98%, а наибольшую

сно

н2 JC

+ [fjj + СНз-(СН2)2-СНО-*и.

•CjHs

228-231

селективность по 232 удается получить при использовании в качестве катализатора галогенидов Рг, Ег и Тт.

В выбранных условиях алифатические альдегиды различной структуры реагируют с 3-аминохинолином, превращаясь в 2,3-диалкил-5,6-бензо-1,7-нафтиридины 232,234,235,236 с выходами 40-60%. Причем увеличение размера алкильного радикала в исходных альдегидах с С4 до С8 незначительно влияет на выход целевых нафтиридинов, при этом выходы целевых гетероциклов уменьшаются с 60% до 42% при сохранении высокой степени конверсии исходных мономеров (95-98%).

С использованием каталитической системы РгСЬ-РРЬз-ДМФА удается осуществить смешанную конденсацию 3-аминохинолина с масляным альдегидом и бензальдегидом, взятых в соотношении 1:1:1 (150° С, 6 ч ) в 2-фенил-3-этил- (25%) и 3-этил-4-фенил-5,6-бензо-1,7-нафтиридин 232 и соответствующие N-арилзамещенные 241 3-аминохинолины.

с2Н5

С3Н7СНО

231

232

N'

R

N'

R

Н I

Н

•R

232, 234-240

241

233

Таблица 14

Влияние структуры исходного ароматического амина на выход 2,3-диалкил--5,6-бензо-1,7-нафтиридинов

232 234 235 236 237 238 239 240

И ЕГ Рг 1-Рг С5н„ Ш Е1

И' - - - - РЬ РЬ 4-Ру 4-Ру

Я" Н Н Н н н РЬ н 4-Ру

к,„ Рг Ви ¡-Ви СбНи РЬ н 4-Ру н

Выход, % 60 51 48 42 25 23 26 24

Замена бензальдегида в указанной реакции на 4-пиридинальдегид позволяет получать смесь 2-(4-пиридил)-3-этил- и 3-этил-Ы-(4-пиридил)-5,6-бензо-1,7-нафтиридинов 239,240 с выходом 26 и 24%, соответственно.

Взаимодействие 4-аминохинолина С4-С7 алифатическими альдегидами в описанных выше условиях проходит с образованием замещенных нафтиридинов 242-245 с общим выходом ~40% при конверсии исходного 4-аминохинолина ~55%. В этих опытах общее количество побочных продуктов (Ы-алкил-4-алкилхинолин, димеры и тримеры масляного альдегида) составляет не более 10%.

Я = Е1 242 42%, ¡-Рг 243 40%, Ви 244 39%, С5Нц 245 41%

Необходимо отметить, что если из 3- и 4-аминохинолинов удается получить 1,7- и 1,6-нафтиридины, то конденсация 5-, 6- и 8-аминохинолинов с альдегидами С4-С7, в описанных выше условиях реакции, приводит к 1,7-, 4,7- и 1,10-замещенным фенантролинам, причем положение амино-группы в молекуле исходного хинолина не оказывает существенного влияния на направление и выход продуктов реакции.' Так, во всех опытах выход соответствующих 2,3-замещеных фенантролинов составляет 40-60% при конверсии исходных мономеров 90-95%. Необходимо также отметить, что в случае конденсации 5- и

8-аминохинолинов положение амино-группы предопределяет единственно возможное направление циклизации с образованием соответствующих 1,7- 246249 и 1,10-фенантролинов 250-253. В то же время взаимодействие 6-аминохинолина с алифатическими альдегидами протекает с образованием исключительно 4,7-фенантролинов 254-257.

Р-СН2-СНО

оо

Ж,

К=Е1, Рг, Ви. С^Нц

На примере взаимодействия 8-аминохинолина с масляным альдегидом и бензальдегидом нами была осуществлена смешанная конденсация с получением в одну стадию 2-фенил-З-этил- 258 и 2-пропил-3-этил-1,10-фенантролинов 250 с выходами 25-45%, соответственно.

сно

РСН2СНО

258

250

По аналогии с механизмом формирования молекул хинолинов можно представить образование фенантролинов по следующей схеме, предусматривающей первоначально образование аминоальдегида 259. В результате последующей электронной атаки карбонильной группы в орто-положение активированной молекулы анилина происходит замыкание цикла с удлинением цепи конъюгации и образованием соответствующего окситетрагидропроизводного фенантролина 260, дегидротация и дегидрирование последнего приводит к образованию целевого продукта 250.

С3Н7-СНО .

н5с2-

Наряду с 250 в этих опытах наблюдается образование 261, который является продуктом реакции 8-аминохинолина с димером масляного альдегида, что было подтверждено встречным синтезом последнего из 8-аминохинолина и димера масляного альдегида в присутствии катализатора Рг+3-РРИгДМФА.

Дальнейшие исследования были направлены на изучение возможности вовлечения в данную реакцию ароматических аминов, имеющих в своей молекуле одновременно две аминогруппы, и влияния положения последних в ароматическом кольце (орто-, мета-, пара-) на направление циклизации, а также выход продуктов жидкофазной конденсации фенилендиаминов с алифатическими альдегидами. Установлено, что основные закономерности циклизации фенилендиаминов с алифатическими альдегидами аналогичны процессам, протекающим при циклизации анилинов или аминохинолинов с альдегидами под действием комплексных катализаторов. Так, конденсация о-, м- и п-фенилендиаминов с С4-С7 алифатическими альдегидами в условиях каталитической жидкофазной конденсации, протекающей под действием каталитической системы РгСЬ-РРЬгДМФА (180° С, 8 ч), приводит к 1,10-, 1,7- и 4,7-фекантролинам 262-270 с выходами 47-60%.

NH,

NH,

kt

kt

мета орто

R-CH2-CHO

kt

пара

R R

R R

R=Et, i-Рг, Bu

Таблица 15.

Взаимодействие орто-,мета- и пара-фенилендиаминов с алифатическими

альдегидами*.

Исходные фенантролины Алифатические альдегиды RCH2CHO Конверсия фенилендиамина, % Общий выход ** фенантролинов, %

262 Et 73 54

263 i-Рг 79 57

264 Bu 71 50

265 Et 70 49

266 i-Рг 73 52

267 Bu 68 47

268 Et 79 57

269 i-Pr 73 51

270 Bu 79 58

* Условия опытов : время 8 ч, температура 180° С, катализатор:

РгСЬ-РРЬз-ДМФА ** Выход высших олигомеров - 20%

Таким образом, исследования в области жидкофазной каталитической конденсации аминохинолинов и фенилендиаминов с алифатическими и ароматическими альдегидами с участием в качестве катализаторов комплексов лантаноидов позволили разработать эффективные препаративные методы синтеза ранее труднодоступных замещенных нафтиридинов и фенантролинов, перспективных для практического применения.

7. Синтез фенантролинов конденсацией фенилендиаминов с глицерином, катализируемая комплексами редкоземельных элементов.

К числу известных и широко применяемых препаративных методов синтеза 1,10-фенантролина является способ Скраупа, основанный на конденсации о-фенилендиамина с акролеином или глицерином в присутствии сильных окислителей, например, азотной или серной кислот. Данный подход отличается низкой селективностью и сложностью выделения фенантролина за счет смолообразования и необходимостью тщательной и многократной очистки целевого продукта. До сих пор в России отсутствует производство фенантролинов, потребность в которых в ряде отраслей промышленности удовлетворяется за счет закупок из-за рубежа.

Учитывая большой интерес к разработке технологичного метода синтеза изомерных фенантролинов, была выполнена программа по созданию универсального способа получения 1,7-, 1,10-' и 4,7-фенантролинов жидкофазной конденсацией орто-, мета- и пара-фенилендиаминов с глицерином с участием металлокомплексных катализаторов на основе редкоземельных элементов.

Мы исходили из предпосылки, что в условиях реакции Скраупа исходный глицерин под действием серной кислоты первоначально превращается в акролеин, который и вступает в реакцию конденсации с о-фенилендиамином, давая дигидропроизводные 1,10-фенантролина. Последний под действием серной кислоты (окислитель) дегидрируется превращаясь в 1,10-фенантролин.

+2Н,

271 272

С учетом результатов по жидкофазной конденсации аминохинолинов и фенилендиаминов с алифатическими аминами мы предположили, что применение .комплексов редкоземельных элементов в этих экспериментах

позволит активировать исходные мономеры за счет комлексообразования с центральным атомом катализатора, что и приведет к увеличению как селективности процесса, так и выхода целевых фенантролинов.

На примере взаимодействия орто-фенилендиамина с глицерином исследовали влияние соотношения исходных мономеров, концентрации H2SO4 и катализатора, а также условий реакции на выход 1,10-фенантролина.

В результате проведенных исследований установили, что наиболее высокие выходы 272 более 70% удается получить при соотношении орто-фенилендиамин:глицерин=1:4 (температура 180°С), концентрация серной кислоты ~50% и катализатора 0,5 мол % по отношению к исходным мономерам.

Было найдено, что в отличие от метода Скраупа, где требуется использование концентрированной серной кислоты (>80%), применение 50% серной кислоты позволяет избежать резкого саморазогревания реакционной массы во время добавления глицерина, что и дает возможность избавиться от необходимости медленного ввода исходного трехатомного спирта в реакционную среду.

В разработанных нами условиях мета- и пара-фенилендиамины при реакции с глицерином дают соответствующие 1,7- и 4,7-фенантролины 273,274 с выходами 75 и 83%, соответственно.

Последующие наши исследования были направлены на совершенствование метода синтеза фенантролинов путем замены глицерина на акролеин и серной кислоты на смешанные соли палладия с ZnCl2, способных одновременно играть роль кислот Льюиса и дегидрирующих реагентов.

Найдены условия жидкофазной конденсации орто-, мета- и пара-фенилендиаминов с акролеином, (соотношение, 1:2 температура 100-120°С, катализатор PrCl3-PdCl2-ZnCl2-PPh3-flM<DA, Pr-Pd-Zn-P=l: 1:2:1), позволяют увеличить выход фенантролинов 272-274 до 90%.

.NH,

NH2

[Pr-Pd]

100-120°С, 5 ч, -90%

1

272 273 274

Таким образом, разработанные перспективные методы синтеза 1,7-, 1,10-и 4,7-фенантролинов, исходя из доступных и производимых в промышленном масштабе мономеров, создают реальные предпосылки для организации опытно-промышленного производства практически важных фенантролинов и их производных в России.

8. Некоторые аспекты практического применения результатов исследования.

8.1. Синтез а,а'-дипиридила.

Как известно, действующим веществом гербицида «Дикват» является а,а'-дилиридил, широко применяемый за рубежом для борьбы с сорной растительностью, производство которого в России отсутствует. В связи с вышеизложенным, нами разработана перспективная для промышленной реализации схема синтеза а,а'-дипиридила с использованием высокоэффективных металлокомплексных катализаторов на основе Со(2-этилгексаноат)2, восстановленного производными диалкилмагния (М^), позволяющая получать а,а'-дипиридил в три стадии с количественным выходом, исходя из ацетилена и ацетонитрила, по следующей схеме:

нс=сн + н3с-с=ы

n сн3

В дальнейшем синтезированный по приведенной схеме а.а'-дипиридил был использован нами в качестве ключевого сырья при получении препарата «Дикват», который по своей активности и избирательности действия не уступает импортному образцу.

8.2. Новые гербицпдные препараты.

Продолжая исследования в области синтеза малотоксичных отечественных препаратов для сельского хозяйства на основе органических солей тетраметилметилендиамина (препараты типа «Бисол», ранее разработанных в лаборатории члена-корреспондента РАН У.М. Джемилева), мы получили по аналогии с данными препаратами молекулярные комплексы ряда известных гербицидов, содержащих в своей молекуле карбоксильные группы с тетраметилметилендиамином, надеясь на возможность создания новых классов гербицидных препаратов с низкими нормами расхода, избирательностью действия и обладающих одновременно высокой проникающей способностью через листья и стебли растений.

Ранее нами было показано, что большинство препаратов, включающих молекулы тетраметилметилендиамина, как правило, обладают фунгицидной и иммуностимулирующей активностью, а также высокой проникающей способностью.

В результате, из числа полученных нами молекулярных комплексов известных гербицидов с тетраметилметилендиамином (соединения 275-278) проявили гораздо большую гербицидную активность, чем исходные гербициды.

CI

ci^^C02H-[(R2NbCH2]

275

О

ho)p-ch2-nh-ch2-co2h-[(R2N)2ch2]

но

276

сь-

—о—chj-c02h • [(r2n)2ch2] ci 277

iq)-ch2-c02h • [(r2n)2ch2]

ОСНч

278

В качестве бис-аминов были использованы следующие основания:

НзСч „н N/CH3

Н5С2 N;2Hs

n-ch2-n о

n-ch2-n

о

Разработанные гербициды «Глифен» 276, «Метофен» 277, «Мортран» 278 включены в реестр разрешенных препаратов для применения в сельском хозяйстве на территории России.

8.3.Новые фунгнцндные препараты.

По аналогии с известными препаратами, включающими соли меди (например, медный купорос), нами впервые получены комплексы алкнлпиридинов, алкилхинолинов и тетраметилметилендиамина с солями меди

/ гексахлордиаква-бис-{2-[2-(Н,ЪГ-диэтиламино)-этил]-пиридина}тримедь(11) / и цинка , которые обладают высокой фунгицидной активностью, сравнимой с лучшими зарубежными фунгицидными препаратами.

С1

9й"* К

С1

9Н2

си2 сн2

I I

Н5С2-Ы-С2Н5 Н5С2~ С2Н5

^ I

С1-СЦ-С1 СЬСи-С!

* I

н2о Н20

Комплексы тетраметилметилендиамина с хлоридами меди эффективны для борьбы с корневой гнилью и твердой гбловней зерновых, а также пирикуляриозом риса. При этом однократное опрыскивание растений 0,05-0,1 % водным раствором указанного препарата позволяет полностью подавить развитие болезни при норме расхода 0,5 кг/га.

Разработанные препараты превосходят по своей эффективности известные и широко применяемые в практике сельского хозяйства фунгициды «Поликарбоцин», «Афос» и «Фундазол» в 5-10 раз.

Одновременно нами разработан препарат «Купробисан» на основе щавелевокислой соли тетраметилметилендиамина и сернокислой меди, который прошел всесторонние полевые испытания в различных климатических зонах, и получено временное разрешение Госхимкомиссии РФ на его применение в сельском хозяйстве.

Данный препарат эффективен для борьбы с фитофторозом картофеля при предпосевной обработке клубней и корневой гнилью зерновых, в частности озимой ржи. Применение этого препарата позволяет увеличить урожайность картофеля на 30-40 %, а зерновых на 20-25 %.

н3с ' СНз

Ы-СН2-Ы • [СиЭО^ 6Н201

н3с ; сн3

но2с-со2н

"Купробисан"

8.3.1.Ингибиторы нитрификации азотных удобрений в почве.

С целью предотвращения потерь соединений азота в почве при применении минералыиудобрений в результате денитрификации или

выщелачивания предложен целый ряд препаратов, повышающих эффективность ингибирования указанного процесса. Поставленная цель достигается при использовании в качестве ингибиторов различных производных ряда пиридина, N-оксидов и четвертичных солей органических и неорганических кислот, полученных на их основе.

В результате проведенных исследований найдено, что введение в состав препаратов щавелевокислого 2-метил-5-этилпиридина, гидрохлорида 2-метил-5--этилпиридина или Ы-оксида-2-метилпиридина в массе до 20% от веса азота внесенной в почву мочевины происходит ингибирование процесса нитрификации азотных удобрений в почве в течение 35 дней и при этом снижаются потери азота, что открывает новые подходы к уменьшению норм расхода азотных удобрений при сохранении их высокой эффективности.

8.4.Экстрагенты редких металлов.

Совместно с Институтом химии КомиНЦ УрО РАН разработан новый способ извлечения редких металлов из сернокислых растворов рудных концентратов. Так, ряд синтезированных триалкилпиридинов и их N-оксиды оказались эффективными коллективными и селективными экстрагентами таких редких металлов, как тантал, ниобий, титан и цирконий (таблица 16).

Предлагаемый способ позволяет провести интенсификацию коллективного извлечения редких металлов из сернокислых растворов за счет использования алкилпиридинов и их N-оксидов в качестве экстрагентов. При этом удается уменьшить продолжительность экстракции до 5-7 минут.

8.5.Абсорбенты сернистого ангидрида.

В настоящее время очистка промышленных газов от сернистого ангидрида представляет собой важную и актуальную задачу. В результате :овместных исследований, проведенных совместно с лабораторией физической кимии УНЦ РАН, был найден ряд соединений из класса пиридинов, являющихся эффективными абсорбентами SOj, которые в сравнении с известными абсорбентами SO2 (сульфолан, нефтяные сульфоксиды), обладают Золе высокой емкостью, большим коэффициентом распределения двуокиси ;еры между газовой фазой и абсорбентом, а также малым тепловыделением при юглощении SO2 (таблица 17).

Ряд синтезированных нами пиридинов и хинолинов легли в основу юздания высокоэффективных ингибиторов кислотной коррозии стали в шсокоминерализированных средах с высоким содержанием кислорода, а 1менно, в водно-нефтяных средах, которые прошли широкие испытания и )екомендованы к применению [A.c. 1230651(1986), 1322688(1987), 1759839, 1773914,1773910(1992)].

Таблица 16.

Влияние структуры экстрагентов на степень извлечения металлов IV группы из сернокислых растворов рудных концентратов.

№ Экстрагент Разбавитель Конценрация Степень экстракции,

экстрагента, %

п/

п Моль Л Ъх ЫЬ

1 2-метил-4,5-

диаминпиридин декан 0,01 30,4 68,4 51,1

2 « керосин 0,01 37,5 69,7 48,2

' 3 « керосин 10 (%) 37,1 76,9 -

4 2,4,6-триметил-

пиридин-'Ы-оксид бензол 0,01 35,3 71,8 50,0

5 « декан 0,01 31,4 70,7 66,7

6 « керосин 0,01 31,9 85,3 0,95

7 2-метил-4,6-

диаминпиридин керосин концентр. 49,2 66,1 76,7

Таблица 17.

Влияние структуры замещенных пиридинов на емкостные характеристики последних при абсорбции БОг.

1- & Абсорбент Емкость абсорбента при °С Тепловой эффект растворения БО2 кДж/моль,10-40°С

20 30 50 70 90

1 2-(2-циклогексил- 730 545 185 130 4,4-11,5

этоксиэтил)пиридин

2 2-(2-(1^,Н-диэтил- 1150 990 765 600 510 2,5 - 2,9

амино)пиридин

3 2-(2-пиперидино- 1155 990. 770 620 515 2,7 - 2,9

этил)пиридин

4 2-(2-морфолино- 1090 910 680 510 410 3,1 - 3,4

этил)пиридик

5 2-(2-(N-Memn- 880 665 335 200 120 4,3 - 9,5

6 анилино)пиридин 2-(3-тиапентил)пи- 880 680 375 240 165 4,7 - 9,3

7 ридин 2-метил-4,6-дипро- 1090 920 690 325 265 2,3 - 4,6

8 пилпиридин 2-метил-4,6- 840 725 420 270 210 2,3 - 4,9

9 10 дибутилпиридин Сульфолан Нефтяные сульфоксиды 604 374 - 211 168 - 70 47 12,0-17,5 7,0 -10,5

Выводы.

¡.Выполнена программа исследований по разработке перспективных для промышленной реализации методов синтеза пиридинов, хинолинов, нафтиридинов, фенантролинов и их производных с использованием новых типов двух-, трех- и четырехкомпонентных металлокомплексных катализаторов на основе переходных и непереходных металлов, а также редкоземельных элементов.

2.Впервые осуществлена циклосотримеризация moho-, ди-, три- и тетранитрилов различной структуры с ацетиленами и внутримолекулярная гомо- и циклосодимеризацня а,ш-цианоацетиленов, в том числе содержащих в углеводородной цепи гетероатомы (О, N, S), с ацетиленами под действием гомогенных, а также закрепленных на полимерной матрице кобальтсодержащих металлокомплексных катализаторов и каталитических систем на основе низковалентных комплексов кобальта, промотированных порошкообразными переходными и непереходными металлами.

Найденные каталитические системы позволили разработать одностадийные селективные методы синтеза функциональнозамещенных moho-, ди-, три- и тетрапиридинов, а также тетрагидрохннолинов и кислород-, азот-, и серасодержащих дигетероциклов.

3.Разработаны оригинальные препаративные методы синтеза замещенных моно- и дипиридинов реакцией третичных спиртов, симметричных и несимметричных этинилкарбинолов, а также метиленацетиленов, винилацетиленов и алкенилацетиленов с галогенангидридами карбоновых кислот и аммиаком под действием конденсирующих реагентов - кислот Льюиса (ZnCl2) TiCL,, InCb, PdCh-AICh, NiClrAlCl3, TiCL, - A1C13 PCI, и POCl3).

4.Установлено, что жидкофазная конденсация третичных спиртов, этинилкарбинолов, метил и винилацетиленов с хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии кислот Льюиса проходит через стадию образования

пиррилиевых солей, которые в условиях реакции реагируют с аммиаком, давая соответствующие пиридины.

5.С использованием в качестве катализатора растворимых в органических растворителях соединений кобальта [Со(2-этилгексаноат)2] совместно с AIR3 или диалкильными производными магния (RR'Mg) осуществлена селективная циклосотрнмеризация ацетиленов с нитрилами, приводящая к получению алкил- и арилпиридииов.

6.Предложен новый метод синтеза симметричных замещенных а,а'-дипиридинов, основанный на жидкофазной конденсации 1,4-дизамещенных 1,3-диацетиленкарбинолов с хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии ZnCЬ с последующей обработкой in situ полученных в данной реакции пиррилиевых со"ей аммиаком.

7.Разработаны перспективные для практического применения металлокомплексные катализаторы на основе растворимых в органических растворителях соединений и солей Fe, Со, Ni, Rh, Ru, Pr, Hb и Но в сочетании с алюминийорганическими сокатализаторами и мелкодисперсными порошками переходных и непереходных металлов для проведения смешанной жидкофазной конденсации алифатических и ароматических альдегидов с аммиаком с получением в одну стадию ранее труднодоступных ди- и тризамещенных пиридинов с высокими выходами. Наряду с NH3 в этих реакциях с успехом использованы CH3NH2, NH4OH, NH4CI, (NH4)2S04, (NH2)2CO, которые легко генерируют в условиях конденсации аммиак.

8.Разработан эффективный одностадийный метод синтеза хинолинов различной структуры каталитической гетероциклизацией простейших анилинов с алифатическими и ароматическими альдегидами с применением в качестве катализаторов солей редкоземельных элементов, восстановленных триалкилаланами в присутствии PPI13 и ДМФА. Установлено, что наиболее высокие выходы замещенных хинолинов удается получить при использовании комплексного катализатора Рг+3 - AlR.i - PPI13 - ДМФА.

9.Впервые показана возможность применения металлокомплексных катализаторов на основе редкоземельных элементов M^-PPl^-AlRi для одностадийного синтеза 1,6- и 1,7-нафтиридинов жидкофазной конденсацией аминопиридинов с алифатическими и ароматическими альдегидами. Данная реакция имеет общий характер и может быть с успехом использована для синтеза нафтиридинов заданной структуры.

10.Осуществлен направленный синтез ранее труднодоступных алкилзамещенных 1,7-, 4,7- и 1,10-фенантролинов гетероциклизацией аминохинолинов с алифатическими альдегидами с участием комплексных катализаторов, приготовленных на основе редкоземельных элементов M+3-PPh3-AIR3. Предложенный способ открывает простой и эффективный подход к синтезу в одну стадию замещенных фенантролинов, исходя из доступных мономеров.

11.Усовершенствован способ синтеза 1,7-, 4,7- и 1,10-фенантролинов по Скраупу путем проведения реакции орто-, мета- и пара-фенилендиаминов с глицирином под действием катализатора Рг+3-РРЬЗ-А1ЯЗ-ДМФА в присутствии йода. Данный метод позволяет получить указанные азотгетероциклы с выходами ~ 60-80%.

12.Исследования, представленные в данной работе, легли в основу создания и разработки технологии получения эффективных препаратов:

-«Купробисан» - для борьбы с фитофторозом картофеля и корневой гннлыо зерновых;

-«Метофен» и «Глифен» - для уничтожения сорной растительности.

13.На основе синтезированных замещенных пиридинов и хинолинов получены высокоэффективные ингибиторы коррозии магистральных газо- и нефтепроводов, экстрагенты для извлечения, разделения и очистки редкоземельных и благородных металлов, ингибиторы нитрификации азотных удобрений в почве, абсорбенты SO2.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1.Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Джемилев У.М. Цнклосоднмеризация а,со-нианоацешленов, катализируемая низковалентными комплексам» кобальта.// Известия АН СССР. Серия химическая 1983. №8. С.1885-1887.

2.Селимов Ф.А., Рутман О.Г., Джемилев У.М. Дпмеризация и соднмеризацип монозамещеиных ацетиленов под действием комплексов палладия.// Журнал Органической Химии 1983. Т.Х1Х. Вып.9. С.1853-1856.

3 Джемилев У.М., Селимов Ф. А., Хафизов В.Р. Мсталлокомплекспый катализатор в синтезе пиридинов.// Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Каталитические реакции в мсидкои фазе г Алма-ата. 1983. Т.2. С. 197.

4.Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Джемилев У.М. Синтез функцн онально-'¿амещеннмх моно- п дипиридинов с использованием низковалентных комплексов кобальта.// Химия Гетероцикличеких Соединений 1984. №3. С.360-365.

5.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Рутман О.Г. Синтез сложных •пиридиновых оснований с участием низковалентных комплексов кобальта.// Тезисы докладов IVМеждународного симпозиума по гомогенному катализу. Ленинград. 1984. Т. 1. С.261 -262.

6.Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Джемилев У.М. Синтез полифункциональных моно- м дшшридпнов с использованием комплексных кобальтовых катализаторов.// Известия АН СССР. Серия химическая 1985. №8. С. 18471850.

7.Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Джемилев У.М. Синтез сложных пиридиновых оснований реакцией о^со-нптрилацетилснов с ацетиленом,

катализируемой комплексами кобальта.// Известия АН СССР. Серия химическая 1986. №7. С.1628-1634.

8.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Рутман О.Г. Высокоселективный метод синтеза симметричных тризамещенных пиридииов с использованием солей переходных и непереходных металлов.// Известия АН СССР. Серия химическая 1986. №3. С.688-690.

9.Селимов Ф.А., Конык O.A., Джемилев У.М., Хафизов В.Р. Производные пиридина и их N-оксиды как экстрагенты редких металлов.// В книге ' «Химия и химическая переработка природного сырья Ко.миАССР». Сыктывкар. 1986. С.72-84.

10.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Рутман О.Г., Хафизов В.Р. Синтез полифункциональных моио- и дипиридинов реакцией нитрилов с ацетиленом под действием низковалентных комплексов кобальта.// Тезисы докладов Всесоюзной конференции по металлоорганической химии. Уфа. 1985.Т.2. С.216.

П.Джемилев У.М., Леплянин Г.В., Селимов Ф.А. и др. Синтез пиридиновых оснований с использованием кобальтовых катализаторов, закрепленных на полимерной матрице.// Тезисы докладов VМеждународного симпозиума по связи между гомогенным и гетерогенным' катализом. Новосибирск. 1986. С.79.

12.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Рутман О.Г., Ахметов А.Ж., ' Толстиков Г А. Selective methods on the synthesis of pyridine bases assisted by complexes of transition and nontransition metals.// Тезисы докладов IV Международной конференции ИЮПАК по органическому синтезу. Москва. 1986. С.206.

13.Селимов Ф.А., Ахметов А.Х., Джемилев У.М. Синтез алкилзамещенных пиридииов жидкофазной конденсацией альдегидов с аминами под действием металлокомплексных катализаторов./'' Известия АН СССР. Серия химическая 1987. №9. С.2042-2044.

14.3ыков Б.А., Фалько B.C., Хвостенко В.И., Джемилев У.М., Селимов Ф.А. Электронное строение молекул циан- и дицианпиридина по данным масс-спектрометриии отрицательных ионов и фотоэлектронной спектроскопии.// Химическая физика 1987. Т.6. №10. С. 1320-1326.

15.Шаульский Ю.М., Селимов Ф.А., Хафизов В.Р.. Леплянин Г.В., Джемилев ' У.М. Синтез гетероциклических соединений с использованием гетсрогенизированных металлокомплексных катализаторов.// Тезисы докпадов IV Всесоюзного симпозиума «Гетерогенный катализ в химии гетероциклических соединений». Рига. 1987. С.53.

16.Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Джемилев У.М. Синтез полифункциональных пиридииов с использованием закрепленных металлокомплексных катализаторов.// Тезисы докладов IV Всесоюзного симпозиума «Гетерогенный катачиз в химии гетероциклических

соединений». Рига. 1987. С.54.

7.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Ахметов А.Х, Фатыхов A.A. Синтез арилзамещенных пиридинов жндкофазной конденсацией альдегидов с мочевннон, катализируемой комплексами переходных металлов.// Известия АН СССР. Серия химическая 1988. №10. С.2335-2340.

8.Селимов Ф.А., Рутман О.Г., Джемилев У.М. Простой путь синтеза бнциклических пиридиновых оснований из 1-этинилциклоалканолов и хлорангидридов карбоновых кислот.// Известия АН СССР. Серия химическая 1988. №11. С.2604-2607.

9.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Рутман О.Г. Высокоселектнвный метод синтеза замещенных алкилпиридинов.// Известия АН СССР. Серия химическая 1988. №11. С.2600-2604.

0.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Хафизов В.Р., Хуснутдинов P.A., Пташко O.A., Рутман О.Г., Толстиков Г.А. Новые эффеютшные препараты на основе пиридинов и хинфпшов в качестве средств защиты растений.// Тезисы докладов на XIV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии. Ташкент. 1989. T.I. С.252.

1.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Хуснутдинов P.A. Комплексы редкоземельных элементов в синтезе хинолннов.// Известия АН СССР. Серия химическая 1990. №10. С.2447-2448.

2.Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Хуснутдинов P.A. и др. Синтез замещенных хинолннов жндкофазной конденсацией анилинов с алифатическими и ароматическими альдегидами под действием катализаторов на основе переходных и редкоземельных элементов.Известия АН СССР. Серия химическая 1991. №6. С.1407-1413.

3. Джемилев У.М., Селимов Ф.А., Хуснутдинов P.A. и др. Синтез нпфтиридннов и фенантролннов с использованием катализаторов на основе переходных и редкоземельных металлов.// Известия АН СССР. Серия химическая 1992. №5. С. 1139-1147.

:4.Яхин Е.А., Исаев Р.Ф., Конкина И.Г., Ермакова Э.Б., Муринов Ю.И., Селимов Ф.А., Хафизов В.Р. Исследования изменения фунгицидной активности соединений пиридинового ряда под действием 3d-элементов.// В кн. «Новые средства и методы защиты растений». Труды ОБЦ УрО РАН. Уфа. 1992. С.54-61.

!5.Крутьков В.М., ДжеМилев У.М., Селимов Ф.А., Толстиков Г.А. Базисные гербициды и наукоемкие препараты - гомологи в новой стратегии разработки современных рецептур.// В кн. «Новые средства и методы защиты растений». Труды ОБЦ УрО РАН. Уфа. 1992. С.54.

!6.Dzhemilev U.M., Selimov F.A., Khusnutdinov R.A. An New effective method to synthesize substituted 1,10-, 1,7- and 4,7-phenanthroIines with the use of complex catalysts based on rare earth metals.// 9'h International Symposium on Homogeneous Catalysis. Jerusalem. Israel. 1994. P.31.

27.DzhemilevU.M., Selimov F.A., Ptasliko O.A. Synthesis of unsaturated pyridines in the presence of transition metal complexes.// 9lh International Symposium on Homogeneous Catalysis. Jerusalem. Israel. 1994. P.32.

28. Dzhemilev U.M., Selimov F.A., Khusnutdinov R.A. Rhodium and ruthenium complexes in the synthesis of naphthyridines and phenanthrolines.// 5"' International Conference on Chemistry of the Platinum Group Metals. St. Andrews. Scotland. 1993. P. 177.

Авторские свидетельства. №1100275 (1984) Б.И. №24, №1088788 (1989) (ДСП), №1237247 (1986) Б.И. №22, №1244816(1986) (ДСП), №1230651 (1986) Б.И. №18, №1286594 (1987) Б.И. №4, №1322688(1987) (ДСП), №1361952 (1987) (ДСП), №1384581 (1987) Б.И. №12, №1395629 (1988) Б.И. №18, №1416487 (1988) Б.И. №30, №1441721 (1988) (ДСП), №1468894 (1989) Б.И. №12, №1472469 (1989) Б.И. №14, №1477726 (1989) Б.И. №17, №1482910 (1989) Б.И.№20, №1536749 (1989) (ДСП), №1547249 )1989) (ДСП), №1559657 (1989) (ДСП), №1766918 (1992) Б.И. №37, №1773910 (1992) Б.И. №41,

№1108091 (1984) Б.И. №30, №1138985 (1984) (ДСП), №1198052 (1985) Б.И. №46, №1213027 (1986)Б.И.№7, №1250565 (1986) Б.И. №30, №1318593 (1987) Б.И. №23, №1373705 (1988) Б.И. №6, №1384577 (1988) Б.И. №12, №1385537 (1987) (ДСП), №1397438 (1988) Б.И. №19, №1462746 (198'8) (ДСП), №1468893 (1989) Б.И. №12, №1472468 (1989) Б.И. №14, №1495332 (1989) Б.И. №27, №1462726 (1988) (ДСП), №1509013 (1989) Б.И. №35, №1527849 (1989) (ДСП), №1547258 (1989) (ДСП), №1658090 (1991) Б.И. №23, №1759839 (1992) Б.И. №33, №1773914 (1992) Б.И. №41.

• Ввиду ограниченного объема диссертации ссылки приведены в сокращенном виде

1. Патент РФ №1681416 (1993). «Гербицидный состав». / A.A. Кашин., Г.Я. Эстрина, А.И. Давыдов, Р.Б. Валитов, У.М. Джемилев, Ф.А. Селимов, В.М. Крутьков.

2. Патент РФ №1665561 (1993). «Гербицидный состав». / A.A. Кашин, А.И. Давыдов, Г.Я. Эстрина, Е.И. Масленников, Б.П. Стружин, У.М. Джемилев, Ф.А. Селимов, В.М. Крутьков.

3. Патент РФ №1656703 (1993). «Гербицидный состав». / А.И. Давыдов, A.A. Кашин, Г.Я. Эстрина, Е.И. Масленников, Р.Б. Валитов, У.М. Джемилев, Ф.А. Селимов, В.М. Крутьков.



7 5 С/

Академия наук Республики Башкортостан Институт нефтехимии и катализа АН РБ и УНЦ РАН

На правах рукописи окне ОТ " " 1^^жеб„ого пользой

г удклучеиую степень Д^

________...

¿их управления ВАК

Селимов Фарид Абдурахманович

НОВЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА АЗОТГЕТЕРОЦИКЛОВ С УЧАСТИЕМ МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

02.00.03 - Органическая химия 02.00.15 - Химическая кинетика и катализ

Диссертация

на соискание ученой степени доктора химических наук в виде научного доклада

Уфа -1998

Работа выполнена в Институте нефтехимии и катализа АН РБ и УНЦ РЛ и Институте органической химии Уфимского научного центра РАН

Научный консультант: Доктор химических наук, профессор,

член-корреспондент РАН У.М. Джемилев

Официальные оппоненты: Доктор химических наук, профессор,

член-корреспондент РАН В.Н. Чарушин

^ , , ' ^ Доктор химических наук, профессор,

Б!л М/зО ! Ь^.4. член-корреспондент АН РБ _ М.С.Мифтахов

/ I )

' • Доктор химических наук, профессор,

{) Р.И.Хуснутдинов

Ведущая организация: Иркутский Институт химии СО РАН

Защита диссертации состоится " й- " ОЛС^ •_1995 г

в / 7 час. на заседании диссертационного совета Д 200.33.01 при Институте нефтехимии и катализа АН РБ и УНЦ РАН Адрес: 450075, Уфа, проспект Октября, 141.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Институт нефтехимии и катализа АН РБ и УНЦ РАН.

Диссертация в виде научного доклада разослана " 4* " <и^ 1998г.

Отзывы на диссертацию высылать по адресу:

450075, Уфа, пр.Окгября, 141, ИНК АНРБ и УНЦ РАН, Р.Г.Булгакову

Ученый секретарь диссертационного, совета, доктор химических наук, профессор \ 'лw " Р.Г. Булгаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования*

Как известно, фундаментальные исследования в области металлокомплексного катализа, выполненные за последние 30 лет в лабораториях и научных центрах различных стран, легли в основу создания современных химических технологий стереоспецифической полимеризации олефинов, диенов и ацетиленов, гидроформилирования, карбонилирования, окисления олефинов, асимметрического гидрирования, линейной и циклической олигомеризации непредельных соединений, метатезиса, теломеризации, а также производства уникальных продуктов малотоннажной химии.

В этом ряду исследований особый интерес и большую перспективность представляют работы, связанные с каталитической гетероциклизацией олефинов, диенов и ацетиленов с гетероолефинами или малыми молекулами (Б, С82, Б02, ЫН?, С02), где показана принципиальная возможность конструирования разнообразных по своей структуре (в том числе природных) кислород-, азот- и серасодержащих ациклических гетероатомных и гетероциклических соединений.

Несмотря на то, что методы металлокомплексного катализа позволяют осуществить синтезы гетероциклических соединений в одну стадию и в сравнительно мягких условиях с высокой селективностью до сих пор они не нашли широкого применения в промышленности из-за отсутствия высокоэффективных и доступных катализаторов. Не разработаны универсальные методы построения из простых мономеров и доступных реагентов целевых азотгетероциклов, в частности, пиридинов и их производных, которые широко используются в различных отраслях промышленности. Пиридины применяют в качестве полупродуктов в синтезе красителей, сорбентов, экстрагентов для выделения и очистки благородных и тяжелых металлов, а также для получения полимерных ионитов, ПАВ, современных химических средств защиты растений, лекарственных препаратов ля лечения наиболее распространенных болезней человека и животных, |ибиторов кислотной коррозии металлов и светочувствительных материалов.

В настоящее время основными источниками пиридинов являются .кокипящие фракции газов коксохимического производства на . зткллургических предприятиях. При этом ограниченно выделяют пиридины,

' Автор выражает благодарность академику Г.А.Толстикову за искреннюю пержку этих исследований, проводимых в лаборатории каталитического «Деза Института органической химии УНЦ РАН под руководством член-рреспондента РАН У.М.Джемилева.

метилпиридины, хинолины, изохинолины и промышленную смесь пиридиновых оснований. Разработан и реализован в промышленном масштабе метод получения 2-метил-5-этил- и 2-метил-5-винилпиридинов, основанный на газофазной конденсации ацетальдегида с аммиаком. Однако, данный метод имеет ряд технологических недостатков, которые связаны прежде всего с низкой селективностью процесса, малой эффективностью гетерогенного катализатора, применяемого в этом производстве, и невозможностью применения данной технологии к другим карбонильным соединениям, что ограничивает ассортимент получаемых пиридинов.

В связи с этим, поиск и разработка перспективных для промышленной реализации новых реакций и универсальных методов синтеза пиридиновых оснований различной структуры является важной и актуальной задачей.

Цель работы

Разработка новых реакций, эффективных методов и оригинальных подходов в синтезе пиридинов, дипиридинов, хинолинов, нафтиридинов, фенантролинов, имеющих многоцелевое назначение, на основе простейших и доступных нитрилов, ацетиленов, ароматических аминов, алифатических и ароматических карбонильных соединений, спиртов и хлорангидридов карбоновых кислот с использованием металл окомплексных катализаторов, приготовленных из солей и комплексов переходных и редкоземельных металлов, в сочетании с алюминийорганическими сокатализаторами, электронодонорными и электроноакцепторными лигандами.

Поставленная в работе цель включала решение следующих задач:

-разработку новых высокоэффективных и селективнодействующих металлокомплексных катализаторов, гомогенных и закрепленных на полимерной матрице или мелкодисперсных порошках переходных и непереходных металлов, способных с высокой региоселективностыо проводить жидкофазную гетероциклизацию непредельных соединений, содержащих углерод-углеродную, кислород-углеродную, азот-углеродную двойные связи, с получением широкого ассортимента азотгетероциклов ряда пиридина, хинолина, нафтиридина и фенантролина с высокими выходами;

-осуществление циклосотримеризации моно- и дизамещенных ацетиленов с кислород-, азот- и серасодержащими moho-, дй-, три- и тетранитрилами с целью получения практически важных полифункциональных moho-, ди-, три- и тетрапиридинов под действием кобальтсодержащих металлокомплексных катализаторов;

-разработку перспективных методов синтеза моно- и бициклических пиридинов жидкофазной конденсацией третичных спиртов, этинилкарбинолов, винил- и алкенилацетиленов и диацетиленов с ангидридами карбоновых кислот и аммиаком в присутствии кислот Льюиса (ZnCl2, РС13, РОСЬ), позволяющих

синтезировать широкий ассортимент пиридиновых оснований заданной

структуры;

-разработку новых эффективных методов синтеза moho-, ди- и триалкилпиридинов путем жидкофазной конденсацией ароматических и гетероароматических альдегидов с алифатическими С4-С8.альдегидами и мочевиной под действием кобальтсодержащих меташюкомплексных катализаторов, а также синтез хинолинов . взаимодействием анилинов с ароматическими и алифатическими альдегидами с участием комплексных катализаторов, содержащих соединения редкоземельных элементов;

-разработку перспективных для практического применения методов синтеза нафтиридинов и фенантролинов жидкофазной конденсацией аминохинолинов и фенилендиаминов с использованием новых высокоэффективных металлокомплексных катализаторов на основе редкоземельных элементов, включающих электронодонорные лиганды.

Научная новизна

Выполнено целенаправленное исследование, в результате которого разработаны перспектив,ные для промышленной реализации оригинальные реакции и эффективные препаративные методы синтеза азотгетероциклов ряда пиридина, дипиридина, хинолина, нафтиридина и 'фенантролина с использованием новых высокоэффективных металлокомплексных катализаторов как гомогенных, так и закрепленных на полимерной матрице и мелкодисперсных порошках переходных и непереходных металлов.

Впервые осуществлена циклосотримеризация ацетилена и его" замещенных производных с полифункциональными moho-, ди-, три- и тетранитрилами под действием двух- и трехкомпонентных кобальтсодержащих катализаторов типа Co+2-A1R3 с получением в одну стадию функциональнозамещенных moho-, ди-, три- и тетрапиридинов с высокими выходами.

Предложен новый одностадийный метод синтеза бициклических пиридинов циклосодимеризацией а,со-цианацетиленов, в том числе содержащих в углеводородной цепи гетероатомы (О, N и S), с ацетиленом в присутствии катализатора Co+2-A1R3, приводящей к получению, в зависиморти от структуры исходного ацетилена, к тетрагидрохинолинам или кислород-, азот- или серасодержащим дигетероциклам. • .

Разработаны оригинальные методы синтеза замещенных моно- й дипиридинов жидкофазной конденсацией третичных спиртов, симметричных и несимметричных этинилкарбинолов или метиленацетиленов, алкенилацетиленов и винилацетиленов с хлорангидридами карбоновых кислот и аммиаком с участием в качестве конденсирующих реагентов кислот Льюиса (ZñCl2, TÍCI4, InCb, PdCl2 - AlCb, NiCl2 -ÁICI3, TiCL) - A1C13, РОС13 и PC13).

Впервые показана возможность проведения жидкофазной конденсации 1,4-дизамещенных 1,3-диацетиленкарбинолов с хлорангидридами С2-Сп-

карболовых кислот в присутствии 2пСЬ с последующей обработкой полученных пиррилиевых солей аммиаком, что позволило разработать новый препаративный метод синтеза симметричных замещенных а,а'-дипиридинов с достаточно высокими выходами.

Впервые систематически исследована конденсация ароматических и алифатических альдегидов с аммиаком в присутствии гомогенных комплексных катализаторов на основе растворимых в органических растворителях соединений Ре, Со, №, Ш1, Яи, Рг, НЬ и Но и их солей в сочетании с алюминийорганическими сокатализаторами (АЖз) или мелкодисперсными порошками переходных и непереходных металлов. В результате разработаны перспективные для практического применения катализаторы и методы синтеза ди- и тризамещенных пиридинов заданной структуры. В качестве источников ЫН3 в этих реакциях предложено использовать СНзМН2, МН)ОН, N11(0, (Ш^БО* (ЫН2)2СО.

Разработан новый эффективный метод синтеза замещенных хинолинов жидкофазной конденсацией анилинов с ароматическими и алифатическими альдегидами с использованием катализаторов, включающих соединения и соли редкоземельных элементов.

Установлено, что наиболее высокие выходы замещенных хинолинов получаются при применении каталитической системы Рг+3-АП1з-РР11з-ДМФА.

Показана возможность повышения селективности образования хинолинов и выхода целевых оснований путем изменения соотношения как исходных мономеров, так и компонентов катализатора, а также условий проведения жидкофазной конденсации.

С использованием катализатора Рг+3-А!К;-РР1ь-ДМФА разработан высокоэффективный общий метод синтеза 1,7-, 4,7- и 1,10-фенантролинов жидкофазной конденсацией 5-, 6- и 8-аминохинолинов с алифатическими и ароматическими альдегидами, который открывает простой и технологичный путь синтеза практически важных фенантролинов, исходя из доступных и дешевых реагентов.

Практическая ценность

В результате проведенных исследований разработаны новые высокоэффективные металлокомплексные катализаторы на основе соединений и солей Ре, Со, №, Шг, Яи, Рё, Рг, НЬ, Но в сочетании с алюминийорганическими соединениями (АОС) и электронодонорными лигандами как гомогенные, так и закрепленные на полимерной матрице или мелкодисперсных порошках переходных и непереходных металлов, что позволило исходя из простейших и доступных алифатических ароматических альдегидов, аминов, галоидангидридов карбоновых кислот, третичных спиртов, этинилкарбинолов и ацетиленов, осуществить синтез широкого класса перспективных для промышленного применения пиридинов, ад'-дипиридинов,

хинолинов нафтиридинов и фенантролинов, имеющих многоцелевое назначение.

Выполненные исследования по синтезу 1,7-, 4,7 и 1,10-фенантролинов легли в основу разработки новой технологии и создания опытной установки по производству 1,10-фенантролина. В результате, удалось обеспечить потребности ряда отраслей промышленности аналитическим реагентом - 1,10-фенантролином, который ранее закупался за рубежом.

На основе синтезированных алкилпиридин- и алкилхинолинкарбоновых кислот и солей меди (Си804, СиС12) получены фунгицидные препараты контактного действия, эффективные для борьбы с твердой головней пшеницы. Препараты успешно прошли испытания и рекомендованы к внедрению.

Совместно с ОБЦ УНЦ РАН создан и внедрен на Стерлитамакском нефтехимическом заводе препарат "БИСОЛ-2" (щавелевокислая соль тетраметилметилендиамина), который прошел государственные испытания в различных климатических зонах. Препарат рекомендован для борьбы с наиболее опасным заболеванием хлопчатника - вилтом хлопчатника. Данный препарат включен в реестр разрешенных к применению на территории РФ. Одновременно этот препарат может использоваться в качестве эффективного фунгицида и иммуностимулятора для различных культурных (озимая рожь) и лесных растений.

Совместно с ОБЦ УНЦ РАН разработан препарат "КУПРОБИСАН", полученный на основе "Бисол-2" и СиБО^.бНгО. "Купробисан" прошел государственные испытания и рекомендован в качестве эффективного средства для предпосевной обработки клубней картофеля, а также как регулятора роста-растений, обладающего фунгицидным и иммуностимулирующим действием. Применение "Купробисана" позволяет увеличить урожайность картофеля на 2530%. Данный препарат временно включен в реестр разрешенных химических средств для применения в сельском хозяйстве на территории РФ.

Совместно с НИТИГ АН РБ и ИБ УНЦ РАН на основе "Бисол-2" и известных гербицидов - 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и глифосата разработаны новые гербицидные композиции "МЕТОФЕН" и "ГЛИФЕН", прошедшие государственные испытания и включенные в реестр разрешенных к применению на территории РФ.

Ряд разработанных препаратов - "Купробисан", "БНЦ-2" и "БНЦ-4", приготовленные на основе препарата "Бисол-2" с включением солей микроэлементов (2п, П, В), зарегистрированы в Болгарии.

На основе хинолина и хлористого бензила разработан ингибитор кислотной коррозии сталей «ИКУ-1», который успешно применяется в производстве ингибированной соляной кислоты. Указанный реагент внедрен на Уфимском ГУЛ «Химпром»'в 1997 г.

Апробация работы

Результаты работы доложены и на XIV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Ташкент, 1989), IV Международном симпозиуме по гомогенному катализу (Ленинград, 1984), V Международном симпозиуме по связи между гомогенным и гетерогенным катализом (Новосибирск, 1986), Всесоюзных конференциях по металлоорганической химии (Уфа, 1985, Казань, 1988), Всесоюзном симпозиуме "Каталитические реакции в жидкой фазе" (Алма-Ата, 1983), VI Международной конференции (ИЮПАК) по органическому синтезу (Москва, 1986), IV Всесоюзном симпозиуме "Гетерогенный катализ в химии гетероциклических соединений" (Рига, 1987), Всесоюзном совещании "Химия и технология гетерокумуленов" (Москва, 1985), Всесоюзном совещании по пестицидам (Черноголовка, 1988), IX Всесоюзной конференции по экстракции (Москва, 1991), V Международном конгрессе по химии металлов платиновой группы (Шотландия, 1993), IX Международном симпозиуме по гомогенному катализу (Израиль, 1994), X Всероссийской конференции по химическим реактивам "Реакгив-97" (Москва, 1997).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 статей, тезисы 45 докладов, получено 45 авторских свидетельств и патентов РФ.

Содержание диссертации.

I. Металлокомплексные катализаторы в синтезе азотгетероциклических соединений.

Данный раздел диссертации посвящен разработке новых высокоэффективных и селективнодействующих ' металлокомплексных катализаторов, которые использованы в синтезе практически важных пиридинов, хинолинов, нафтиридинов, фенантролинов и их производных.

К моменту начала наших исследований в области синтеза пиридиновых оснований широкое распространение получили классические методы конструирования указанных классов азотгетероциклов, основанные на реакциях Скраупа, Дебнера-Миллера, Рима, Фридлендера, которые нашли применение, в основном, в лабораторной практике или производстве продуктов малотоннажной химии. В промышленном масштабе был реализован способ конденсации ацетальдегида с аммиаком, позволяющий получать важный мономер - 2-метил-5-этилпиридин, который после дегидрирования превращался в 2-метил-5-винилпиридин, применяемый в синтезе поливинилпиридинов и их сополимеров.

Одновременно в литературе были опубликованы оригинальные работы, в которых показана принципиальная возможность синтеза замещенных пиридин�