УДК 547.785.5 + 547.789.6
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЗОЛОВ С 1,2‑ДИФТОРТЕТРАХЛОРЭТАНОМ И 1,2-ДИФТОРДИХЛОРЭТИЛЕНОМ
© К. И. Петко, Т. М. Соколенко, С. Ю. Кот, Т. А. Косянчук
Л. М. Ягупольский
Институт органической химии НАН Украины
02094 Киев, ; e-mail: kirpet@ukr.net
1,2-Дифтортетрахлорэтан взаимодействует с натриевыми солями пиразола и имидазола, образуя смесь их N-1,2-дифтор-1,2,2-трихлорэтильных производных и транс-1,2-дифтор-1,2-дигетарил этиленов. транс-1,2-Дифтор-1,2-ди(3,5-диметил)пиразолил этилен получен также при замещении атомов хлора в 1,2-дифтордихлорэтилене, а в случае более нуклеофильного имидазола замещаются не только атомы хлора 1,2-дифтордихлорэтилена, но и фтора, что приводит к тетраимидазолилзамещенному этилену.
Среди азолов с фторсодержащими заместителями у атома азота или углерода известны соединения, обладающие ценными с практической точки зрения свойствами − лекарственные средства [1], пестициды [2-3], ионные жидкости [4-5], красители [6], поэтому исследования в этой области представляют большой интерес.
Ранее нами были изучены реакции азолов с 1,2-дибромтетрафторэтаном [7], 1,1,2-трифтортрихлорэтаном [8], 1-йод-2-хлортетрафторэтаном [9], дибромдифторметаном [10] протекающие по галофильному механизму и приводящие к соответствующим N-пергалоалкильным производным. Взаимодействие 1,2-дифтортетрахлорэтана с азотистыми нуклеофильными агентами ранее не изучалось.
В настоящей работе нами исследовано взаимодействие 1,2-дифтортетрахлорэтана с натриевыми производными пиразола (Iа–в) и имидазола (Iг) в условиях, аналогичных описанным в работе [8] (схема 1). К раствору натриевого производного гетероцикла добавляли в один прием избыток 1,2-дифтор-тетрахлорэтана (метод А). Оказалось, что в этом случае, в отличие от взаимодействия с 1,1,2-трифтортрихлорэтаном, где селективно образуются N-1,1,2-трифтор-2,2-дифторалкильные производные азолов, реакция протекает интенсивнее, сопровождается экзотермическим эффектом и приводит к сложной смеси продуктов из которой удалось выделить N-1,2-дифтор-1,2,2-трихлорэтильные производные (IIа–г), транс-1,2-дифтор-1,2-дигетарил этилены (IIIа–г). Высокая концентрация натриевой соли гетероцикла при таком способе проведения реакции способствует образованию соединений (IIIа-г). При изменении порядка прибавления реагентов, обеспечивающем минимальную концентрацию солей гетероцикла и большой избыток пергалоэтана – прикапывание раствора соли гетероцикла к избытку пергогенэтана (метод Б), наряду с увеличением общего выхода продуктов, наблюдается повышение выхода соединений (IIа–г) и снижение выхода соединений (IIIа–г) (схема 1, таблица 1). Следует отметить, что судя по спектрам ЯМР 19F реакционной смеси во всех случаях также наблюдается образование N-1,2-дифтор-2-хлорвинильных производных (IVа–г) в количествах 5–10% по отношению к соединениям (II) и (III).
Схема 1
Таблица 1
Выходы продуктов реакции азолов с 1,2-дифтортетрахлорэтаном.
Исходные соединения | Выход продуктов % | |||
IIа–г | IIIа–г | |||
Метод А | Метод Б | Метод А | Метод Б | |
Iа | 35 | 47 | 25 | 18 |
Iб | 18 | 37 | 28 | 17 |
Iв | 5 | 28 | 31 | 22 |
Iг | 0 | 20 | 34 | 23 |
Согласно галофильному механизму [11] атака гетарил-аниона по атому хлора дифтортетрахлорэтана приводит к N-хлорпроизводному А и элиминированию хлорид-аниона от соседнего атома углерода с образованием дифтордихлорэтилена (схема 2). Этот олефин взаимодействует с другим гетарил-анионом с образованием аниона В, который под действием либо исходного пергалоэтана, содержащего позитивированные атомы хлора, либо под действием промежуточного соединения A присоединяет атом хлора с образованием соединений (IIа–г). Анион В, в отличие от изученных в работах [7-9] соединений с дифторметиленовой группой у атома азота, содержит атом хлора в α-положении к атому азота гетероциклического кольца, способный легче чем атом фтора элиминироваться в виде аниона с образованием олефина (IVа–г). N-дифторхлорвинильные производные (IVа–г) в условиях реакции легко вступают во взаимодействие с исходным гетарил-анионом, что и приводит к дигетарилзамещенным этиленам (IIIа–г). На элиминирование аниона хлора влияет электронная плотность гетероциклического кольца – ее повышение облегчает процесс. Поэтому соотношение продуктов (II) к (III) максимально в случае менее электроноизбыточного пиразола (Iа) и минимально в случае более электроноизбыточного имидазола (Iг), а содержащие электронодонорные заместители пиразолы (Iб, в) занимают промежуточное положение.
Схема 2
Ранее в нашей лаборатории было изучено взаимодействие калиевых солей азолов с 1,2-дифтордихлорэтиленом и были получены соответствующие гетарил-N-1,2-дифтор-2-хлорвинилэтилены, в том числе и соединения (IV в, г). Однако выходы этих соединений были не высоки [12]. В настоящей работе мы исследовали эту реакцию в условиях, аналогичных методу Б для взаимодействия с 1,2-дифтортетахлорэтаном, создавая минимальную концентрацию солей гетероцикла при большем избытке 1,2-дифтордихлорэтилена (схема 3). Оказалось, что и при таком способе проведения реакции в случае диметилпиразола (Iв) основным продуктом является дигетарилэтилен (IIIв). Следует отметить, что, несмотря на то, что в реакцию вводилась смесь цис- и транс- олефинов, селективно образуется только транс- замещённый продукт. При взаимодействии с более нуклеофильным имидазолом (Iг) в молекуле 1,2-дифтортетахлорэтана замещаются не только атомы хлора, но и фтора, что приводит к тетракис(имидазол-1-ил)этилену (V) как основному продукту. N-1,2-Дифтор-2-хлорвинилимидазол (IVг) при этом удается выделить лишь в незначительном количестве, а образование дигетарилзамещенного этилена (IIIг) наблюдается в следовых количествах только в спектрах ЯМР 19F реакционной смеси.
Схема 3
Таким образом, нами исследована реакционная способность 1,2-дифтортетрахлорэтилена в реакциях с азотистыми гетероциклами и показано его принципиальное отличие от поведения 1,1,2-трифторзамещённых пергалоэтанов в аналогичных реакциях. Выделены неизвестные ранее 1,2-дигетарил-1,2-дифторэтилены и тетракис(имидазо-1-ил)этилен.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н регистрировались на приборе “Varian VXR-300” (рабочая частота 299.94 МГц, внутренний стандарт – ТМС), ЯМР 19F на приборе “Varian Gemini-200” (рабочая частота 188.18 МГц, внутренний стандарт – фтортрихлорметан). ЯМР 13C на приборе Bruker Avance DRX 500 (рабочая частота 125 МГц, внутренний стандарт – ТМС). ВЭЖХ-МС регистрировали на приборе “Agilent 1100 LS/MSD SL”. Температуру плавления определяли на приборе SMP3 (Stuart Scientific). Контроль за ходом реакции осуществляли методом ТСХ на пластинах Silufol UV-254. Для колоночной хроматографии использовался силикагель марки MN-Kieselgel-60. ДМФА и ДМАА перегоняли над CaH2, а ТГФ над LiAlH4 непосредственно перед использованием.
Взаимодействие соединений (Iа-г) с 1,2-дифтортетрахлорэтаном, общая методика.
К суспензии 1.1 г (0.022 моль) 50% гидрида натрия (в вазелиновом масле) в 15 мл безводного ДМФА прикапывали раствор 0.02 моль соответствующего соединения (Iа-г) в 20 мл ДМФА. Перемешивали при температуре не выше 15 ºС до прекращения выделения газа (около 20 мин). Затем добавляли 0.05 г тетребутиламмоний бромида, и через 5 мин добавляли 6.12 г (0.05 моль) 1,2-дифтортетрахлорэтана. Реакционную смесь перемешивали 2 ч при 40-50 ºС, добавляли 150 мл воды, выпавшее масло экстрагировали эфиром (3×100 мл), эфирный экстракт промыли водой (3×100 мл) и сушили MgSO4. Растворитель отогнали. Остаток разделяли хроматографически.
Раствор натриевого производного соответствующего гетероцкла (Iа-г) (0.02 моль в 35 мл ДМФА) полученного как в методе А прикапывали при 40-50 ºС в течение 1 ч к раствору 6.12 г (0.05 моль) 1,2-дифтортетрахлорэтана и 0.05 г тетребутиламмоний бромида в 25 мл ДМФА. После этого реакционную смесь выдерживали при этой температуре 1 ч, затем добавляли 150 мл воды. Выпавшее масло экстрагировали эфиром (3×100 мл), эфирный экстракт промыли водой (3×100 мл) и сушили MgSO4. Растворитель отогнали. Остаток разделяли хроматографически.
1-(1,2-Дифтортрихлорэтил)пиразол (IIa). Rf = 0.65, эллюент гексан-хлороформ 3:2. Т. кип. 76–77ºС (20 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1H (СDCl3), δ, м. д.: 6.39–6.42 м (1H, С4Н), 7.60-7.63 м (1H, С3Н), 7.93-7.95 м (1H, С5Н). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м. д.: –67.43 c (1F, CFCl2), –97.28 с (1F, NCFСl). Найдено, %: C 25.36; H 1.37; Cl 44.97. C5H3Cl3F2N2. Вычислено, %: C 25.51; H 1.28; Cl 45.17
1-(1,2-Дифтортрихлорэтил)-3-этокси-5-метилпиразол (IIб). Rf = 0.7, эллюент гексан-хлороформ 3:2. Т. кип. 58–60ºС (0.2 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1H (СDCl3), δ, м. д.: 1.34 т (3H, OCH2СН3, 3J 7 Гц), 2.34 д (3H, СН3, 4JH-F 5 Гц), 4.21 кв (2H, OCH2СН3, 3J 7 Гц), 5.36 с (1H, С4Н). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м. д.: –65.15 c (1F, CFCl2), –96.93 с (1F, NCFСl). Найдено, %: C 32.82; H 3.11; Cl 36.25. C8H9Cl3F2N2О. Вычислено, %: C 32.74; H 3.09; Cl 36.23.
1-(1,2-Дифтортрихлорэтил)-3,5-диметилпиразол (IIв). Rf = 0.7, эллюент гексан-хлороформ 3:2. Т. кип. 102–103ºС (20 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1H (СDCl3), δ, м. д.: 2.12 с (3H, СН3), 2.34 д (3H, СН3, 4JH-F 5 Гц), 5.42 с (1H, С4Н). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м. д.: –65.47 c (1F, CFCl2), –96.82 с (1F, NCFСl). Найдено, %: C 32.02; H 2.71; Cl 40.25. C7H7Cl3F2N2. Вычислено, %: C 31.91; H 2.68; Cl 40.36.
1-(1,2-Дифтортрихлорэтил)имидазол (IIг). Rf = 0.55, эллюент гексан-хлороформ 3:2. Т. кип. 90–91ºС (20 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1H (СDCl3), δ, м. д.: 7.29–7.31 м (1H, С4Н), 7.44-7.46 м (1H, С5Н), 7.99 с (1H, С2Н). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м. д.: –67.74 c (1F, CFCl2), –97.55 с (1F, NCFСl). Найдено, %: C 25.43; H 1.11; Cl 45.34. C5H3Cl3F2N2. Вычислено, %: C 25.51; H 1.28; Cl 45.17.
транс-1,2-Ди(пиразол-1-ил)дифторэтен (IIIa). Rf = 0.25, эллюент гексан-хлороформ 3:2. Т. кип. 96–97ºС (0.2 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1H (СDCl3), δ, м. д.: 6.34–6.37 м (2H, С4Н), 7.60-7.63 м (2H, С3Н), 7.77-7.78 м (2H, С5Н). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м. д.: –124.1 c. Найдено, %: C 49.22; H 3.35; N 28.88. C8H6F2N4. Вычислено, %: C 48.98; H 3.08; N 28.56.
транс-1,2-Ди(3-этокси-5-метилпиразол-1-ил)дифторэтен (IIIб). Rf = 0.32, эллюент гексан-хлороформ 3:2. Т. пл. 105–107ºС. Спектр ЯМР 1H (СDCl3), δ, м. д.: 1.35 т (6H, OCH2СН3, 3J 7 Гц), 2.34 с (6H, СН3), 4.22 кв (4H, OCH2СН3, 3J 7 Гц), 5.39 с (1H, С4Н). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м. д.: –121.1 c. Найдено, %: C 53.95; H 5.87; N 17.64. C14H18F4N4О2. Вычислено, %: C 53.84; H 5.81; N 17.94.
транс-1,2-Ди(3,5-диметилпиразол-1-ил)дифторэтен (IIIв). Rf = 0.3, эллюент гексан-хлороформ 3:2. Т. пл. 83–84ºС. Спектр ЯМР 1H (СDCl3), δ, м. д.: 2.33 с (6H, СН3), 2.39 с (6H, СН3), 5.71 с (2H, С4Н). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м. д.: –120.95 c. Найдено, %: C 57.02; H 5.71; N 22.25. C12H14F2N4. Вычислено, %: C 57.13; H 5.59; N 22.21.
транс-1,2-Ди(имидазол-1-ил)дифторэтен (III г). Rf = 0.22, эллюент гексан-хлороформ 3:2. Т. кип. 90–91ºС (0.2 мм рт. ст.), т. пл. 72-74 ºС. Спектр ЯМР 1H (СDCl3), δ, м. д.: 7.35–7.371 м (2H, С4Н), 7.46-7.49 м (2H, С5Н), 8.05 с (2H, С2Н). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м. д.: –127.74 c. Найдено, %: C 49.35; H 3.13; N 28.33. C8H6F2N4. Вычислено, %: C 48.98; H 3.08; N 28.56.
Взаимодействие 3,5-димтилпиразола (Iв) с 1,2-дифторэтиленом. К раствору 2.4 г (0.025 моль) 3,5-диметилпиразола в 30 мл ТГФ добавили 2.8 г (0.025 моль) трет-бутилата калия. Смесь перемешивали 15 мин, растворитель и трет-бутанол отогнали в вакууме 20 мм рт. ст., а остаток удалили в вакууме 0.1 мм рт. ст. при 40º С. К полученой соли добавили 30 мл ДМАА. К раствору 7 г (0.05 моль) 1,2-дифтордихлорэтилена (смесь цис- и транс-изомеров 1/1) в 40 мл ДМАА при комнатной температуре и интенсивном перемешивании в течение 1 ч добавили по каплям раствор 3,5-диметилпиразолил калия. После этого реакционную смесь перемешивали ещё 2 ч и вылили в 150 мл воды. Продукты экстрагировали эфиром (3×50 мл), эфирный экстракт промыли водой (5×20 мл) и сушили MgSO4. Растворитель отогнали, продукты разделяли ректификаций в вакууме. Выход транс-1,2-дифтор-1,2-ди-(3,5-диметил)-пиразолил этилена (IIIв) 1.7 г (54%). Выход N-1,2-дифтор-2-хлорвинил-3,5-диметилпиразола (IVв) 1 г (21%), смесь цис- и транс-изомеров 1/1, т. кип. 70–72ºС (15 мм рт. ст) (60–61ºС (10 мм рт. ст) [12]).
Взаимодействие имидазола (Iг) с 1,2-дифторэтиленом. К раствору 5 г (0.073 моль) имидазола в 50 мл ТГФ добавили 8.2 г (0.073 моль) трет-бутилата калия. Смесь перемешивали 15 мин, растворитель и трет-бутанол отогнали в вакууме 20 мм рт. ст., а остаток удалили в вакууме 0.1 мм рт. ст. при 40º С. К полученой соли добавили 40 мл ДМАА. К раствору 30 г (0.22 моль) 1,2-дифтордихлорэтилена (смесь цис- и транс-изомеров 1/1) в 60 мл ДМАА при комнатной температуре и интенсивном перемешивании в течение 1 ч добавили по каплям раствор имидазолил калия. После этого реакционную смесь перемешивали ещё 2 ч и вылили в 100 мл воды. Выпавшие кристаллы тетраимидазолилэтилена (V) отфильтровали, промыли водой (25 мл) и сушили в вакууме 0.1 мм рт. ст. Водный раствор экстрагировали эфиром (3×50 мл), эфирный экстракт промыли водой (5×20 мл) и сушили MgSO4. Растворитель отогнали, остаток перегнали в вакууме. Выход N-1,2-дифтор-2-хлорвинилимидазола (IVг) 1.56 г (13 %), смесь цис- и транс-изомеров 1/1, т. кип. 65–67ºС (15 мм рт. ст) (58ºС (10 мм рт. ст) [12]).
Тетраимидазолилэтилен (V). Выход 1.86 г (35 %), бесцветные кристаллы, т. пл. >300ºС. Спектр ЯМР 1H (DMSO-d6) δ, м. д.: 7.02 с (4Н, 4С4Н), 7.11 с (4Н, 4С5Н), 7.66 c (4H, 4C2H). ЯМР 13С (с шумовой развязкой от протонов) (DMSO-d6) δ, м. д.: 122.89 с, 123.32 с, 133.66 с, 141.19 с. ЯМР 13С (без шумовой развязки от протонов) (DMSO-d6) δ, м. д.: 122.8 д. д (2JC−H 208 Гц, 3JC−H 17 Гц), 123.32 с (C=C), 133.66 д. т (C-2´, 2JC−H 192 Гц, 3JC−N 9 Гц), 141.19 д (2JC−H 215 Гц). В спектре ЯМР 19F сигналы отсутствуют. Найдено, %: C 57.37; H 4.43; N 37.97. M+ 292. C14H12N8. Вычислено, %: C 57.53; H 4.14; N 38.33. M 292.31.
Список литературы
1. Filler R., Kobayashi Y., Yagupolskii L. M. Organofluorine Compounds in Medicinal Chemistry and Biomedical Application. Amsterdam, Elsevier. 1993.
2. Becker A. Inventory of industrial fluoro-biochemicals. Paris, Eyrolles. 1996.
3. Leroux F., Jeschke P., Schlosser M. Chem. Rev. 2005, 105, 827.
4. Xue H., Shreeve J. M. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 2573.
5. Yagupolskii Yu. L., Sokolenko T. M., Petko K. I., Yagupolskii L. M. J. Fluor. Chem. 2005, 126, 667.
6. И., М., М. ЖОрХ. 2005, 41, 437.
7. Petko K. I., Sokolenko T. M., Bezdudny A. V., Yagupolskii L. M. J. Fluor. Chem., 2005, 126, 1342.
8. Petko K. I., Yagupolskii L. M. m., 2006, 36, 1967.
9. Petko K. I., Kot S. Yu., Yagupolskii L. M. J. Fluor. Chem., 2008, 129, 1119.
10. М., И., М. ХГС, 2009, 550.
11. Banks R. E., Smart B. E., Tatlow J. C. Organo-fluorine chemistry. Principes and commercial applications. N.-Y., Plenum Press, 1994, 177.
12. Rudyk V. V., Fedyuk D. V., Yagupolskii L. M. J. Fluor. Chem., 2004, 125, 1465.
Основные порталы (построено редакторами)