Синтез фталевых кислот, аннелированных гетероциклическими хинонами - Разработка эффективных методов синтеза новых макроциклов порфиринового ряда

В связи с тем, что для синтеза целевых фталоцианинов, аннелированные гетероциклическими хинонами мы выбрали метод темплатного синтеза, то первым шагом явился синтез необходимых прекурсоров - фталевых кислот, аннелированных гетероциклическими хинонами.

Нами разработан метод получения фталевых кислот, аннелированных гетероциклическими хинонами, ацилированием диангидридом пиромеллитовой кислоты гетероциклических соединений с последующей внутримолекулярной циклизацией моногидратом /42, 43/.

Электрофильное замещение при атоме углерода, по крайней мере в случае простых производных пиридина, протекает очень сложно по сравнению с бензолом; так, реакция Фриделя-Крафтса вообще не характерна для пиридина. Такая низкая реакционная способность пиридина может быть связана с двумя факторами:

    1. Низкая концентрация нейтрального пиридина 2. Очень низкая скорость реакции из-за большой энергии образования дважды положительно заряженного интермедиата.

Заместители оказывают такое же влияние на легкость электрофильной атаки, как и в случае бензола. Сильные электроноакцепторные заместители приводят к еще большей инертности пиридинового цикла, в то время как активирующие заместители, такие, как амино-, гидрокси-, или даже алкильные группы, облегчают электрофильное замещение и делают его возможным даже в протонированном пиридине, т. е. через образование дикатионного интермедиата.

Электрофильное замещение в хинолине обычно включает атаку электрофильной частицей по аддукту гетероциклической молекулы с электрофилом (обычно протоном), что дезактивирует гетероцикл к реакциям с электрофилами. Как и в случае нафталина, предпочтительность атаки электрофилом по б - положению может быть объяснена при рассмотрении возможных интермедиатов; при электрофильной атаке по положениям 5/8 хинолина делокализация положительного заряда возможна без нарушения ароматичности пиридинового цикла. При электрофилом по положениям 6/7 делокализация положительного заряда в образующихся интермедиатах возможна только с нарушением ароматичности пиридинового фрагмента. Таким образом, реакция хинолина с электрофильными реагентами протекают по бензольному кольцу, в то время как реакции с нуклеофильными реагентами - по пиридиновому.

В случае бензотриазола ацилирование и алкилирование идет по иминному атому азота, поэтому мы проводили предварительное ацилирование этого атома уксусным ангидридом.

Серусодержащие гетероциклические соединения легко вступают в реакцию ацилирования по Фриделю-Крафтса. В случае бензотиадиазола наличие донорных свойств серы значительно снижает акцепторные свойства атомов азота, что позволяет проводить данную реакцию.

В случае жидких реагентов, ацилирование проводили с большим ( более 10 моль на 1 моль ангидрида) избытком арена, который использовался в качестве реагента и среды, медленно повышая температуру от 20 єС до кипения реакционной массы.

В реакциях с твердыми аренами в качестве среды использовали гептан, инертный в этих условиях и придающий реакционной массе достаточную подвижность, а арен использовался с небольшим избытком (~ 10 %).

Направление ацилирования возможно предсказать только в случае бензотиадиазола (положения 5 и 6), бензотриазола (положения 5 и 6) и 2,3-дигидроксихиноксалина (положения 6 и 7) с образованием соответственно 5-(бензо-2-тиа-1,3-диазол-5-илкарбонил)бензол-1,2,4-трикарбоновой, 5-[(2-ацетил-2Н-1,2,3-бензотриазол-5-ил)карбонил]бензол-1,2,4-трикарбоновой и 5-[(2,3-дигидроксихиноксалин-6-ил)карбонил]бензол-1,2,4-трикарбоновой кислот.

Для оценки места ацилирования других гетероциклических соединений были проведены квантово-химические расчеты, которые выполнены с полной оптимизацией геометрических параметров с использованием метода DFT с учетом электронной корреляции В3LYP, базис 6-31G* (пакет программ Gaussian 98). Распределение электронной плотности определялось с использованием метода NBO.

Из представленных данных (рис. 3.1) и принимая во внимание литературные данные /44/ можно предположить, что ацилирование преимущественно идет в места с повышенной электронной плотностью (выделены полужирным кружком), с образованием 5-(хинолин-6-илкарбонил)бензол-1,2,4-трикарбоновой, 5-[(5-метилпиридин-3-ил)карбонил]бензол-1,2,4-трикарбоновой, 5-[(8-метоксихинолин-7-ил)карбонил]бензол-1,2,4-трикарбоновой, 5-{[5-(ацетиламино)пиридин-3-ил]карбонил}бензол-1,2,4-трикарбоновой и 5-[(4-амино-бензо-2-тиа-1-азол-5-ил)карбонил]бензол-1,2,4-трикарбоновой кислот соответственно.

Хинолин

В-пиколин

8-метоксихинолин

3-ациламинопиридин

4-аминобензотиазол

Рис.3.1. Р-электронные плотности (обозначены стрелками) и заряды на атомах

Полученные гетерилтримеллитовые кислоты выделяли обработкой реакционной массы горячим 10 %-ным раствором соды, отделением выпавшего осадка гидроксида алюминия и подкислением фильтратов до рН 3-4.

Перевод полученных гетерилтримеллитовых кислот в соответствующие фталевые кислоты, аннелированные гетероциклическими хинонами, осуществляли в присутствии моногидрата.

Идентификацию полученных фталевых кислот, аннелированных гетероциклическими хинонами (1-8) проводили с привлечением данных элементного анализа, по температурам плавления (таблица 2.1), ИК - и электронной спектроскопии.

ик-спектр 7,12-диоксо-7,12-дегидронафто[2,3-f]хинолин-9,10-дикарбоновой кислоты

Рис.3.2 ИК-спектр 7,12-диоксо-7,12-дегидронафто[2,3-f]хинолин-9,10-дикарбоновой кислоты

Характерной особенностью ИК спектров полученных кислот является наличие интенсивного поглощения в области 1700-1710 см-1, соответствующего карбоксигруппам, корме того присутствуют полосы при 1600-1670 см-1, соответствующие связям С=N-C и в области 1100-1150 см-1, характерные для валентных колебаний связи C-N.

Таким образом, на первом этапе работы были разработаны методы синтеза и получены ранее не известные соединения: 4-амино-5,10-диокси-5,10-дигидро-2H-нафто[2,3-f]бензотиазол-7,8-дикарбоновая, 2-ацетил-5,10-диокси-5,10-дигидро-2H-антра[2,3-d][1,2,3]триазол-7,8-дикарбоновая, 3-метил-5,10-диокси-5,10-дигидробензо[g]хинолин-7,8-дикарбоновая, 7,12-диоксо-7,12-дегидронафто[2,3-f]хинолин-9,10-дикарбоновая, 3-(ацетиламино)-5,10-диокси-5,10-дигидробензо[g]хинолин-7,8-дикарбоновая, 5-метокси-7,12-диокси-7,12-дигидронафто[2,3-f]хинолин-9,10-дикарбоновая, 2,3-дигидрокси-6,11-диокси-6,11-дигидронафто[2,3-g]хиноксалин-8,9-дикарбоновая, 5,10-диокси-5,10-дигидро-2H-антра[2,3-d][1,2,3]тиадиазол-7,8-дикарбоновая кислоты.

Похожие статьи




Синтез фталевых кислот, аннелированных гетероциклическими хинонами - Разработка эффективных методов синтеза новых макроциклов порфиринового ряда

Предыдущая | Следующая