Способ получения алкилпроизводных хинолина

Способ получения алкилпроизводных хинолина

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к способам получения гетероциклических соединений, конкретно к способу получения алкилпроизводных хинолина общей формулы

где R=C₂H₅, С₃Н₇, С₄Н₉.

Хинолин и его производные используются при синтезе цианиновых красителей, в качестве экстрагентов, сорбентов, а также ингибиторов коррозии.

Известен способ (А.С. СССР №1416487, опубл. 23.05.92. Бюл. №19) получения алкилпроизводных хинолина в реакции конденсации анилина с алифатическими альдегидами в присутствии катализатора, состоящего из FeCl₃:PPh₃:диметилсульфоксид (ДМСО) при мольном соотношении FeCl₃:PPh₃:ДМСО, равном 0.8-1.5:2.0-4.0:10-20, и температуре реакции 100-150°С, в автоклаве за время 8 ч. Выход целевых продуктов достигает 90-95%.

К недостаткам данного способа относятся большие энергозатраты (высокая температура, давление и длительность процесса), необходимость использования специального оборудования (автоклав) и лиганда активатора PPh₃.

Известен способ (Ф.А.Селимов, У.М.Джемилев, О.А.Пташко. Металлокомплексный катализ в синтезе пиридиновых оснований. М.: Химия, 2003, с.223-233) получения алкилпроизводных хинолина в реакции конденсации анилина с алифатическими альдегидами под действием катализатора на основе LnCl₃:PPh₃: диметилформамид (ДМФА) при мольном отношении, равном 0.4:1.2:13, и температуре реакции 100°С, в автоклаве за время 6 ч в органических растворителях. В качестве лантандов (Ln) применяли Pr, Nd, Sm, Dy, Yb, Gd, Eu, Ho, La, Er, Lu, Tm. Максимальная селективность по 2,3-диалкилхинолину (91%) достигается при использовании, PrCl₃ и растворителя - этанола. В толуоле селективность снижается до 67%.

К недостаткам данного способа относятся большие энергозатраты (высокая температура, давление и длительность процесса), необходимость использования специального оборудования (автоклав) и лиганда активатора PPh₃, а также высокая себестоимость безводных LnCl₃, производимых только за пределами России, что вызывает необходимость их предварительного получения (энергозатратный, трудоемкий синтез, в агрессивной среде).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по эффективному синтезу алкилпроизводных хинолина при атмосферном давлении и комнатной температуре с использованием реагентов на основе кристаллогидратов трихлоридов лантанидов.

Предлагается новый способ получения алкилпроизводных хинолина.

Сущность способа заключается во взаимодействии анилина с алифатическими альдегидами в присутствии катализатора LnCl₃·6Н₂О:триизобутилалюминий (изо-Bu₃Al), взятых в мольном отношении LnCl₃·6Н₂О:(изо-Bu₃Al)=1:12. Реакцию проводят в атмосфере аргона при комнатной температуре (20°С) и атмосферном давлении. Время реакции 10-20 минут, выход целевого продукта 92-96%. В качестве Ln применяли Pr, Nd, Eu, Tb, a растворителя - толуол. Реакция протекает по схеме.

Выход целевого продукта на кристаллогидрате PrCl₃·6Н₂О максимальный. При увеличении температуры раствора увеличивается содержание продуктов осмоления.

Существенные отличия предлагаемого способа

1. Предлагаемый способ базируется на использовании в качестве исходных реагентов коммерческих кристаллогидратов трихлоридов лантанидов и триизобутилалюминия без использования третьего компонента - лиганда активатора PPh₃. Реакция идет при атмосферном давлении и комнатной температуре в толуоле с более высоким выходом целевого продукта. В известных способах используются безводные LnCl₃ или FeCl₃, а катализатор представляет собой трехкомпонентную систему.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Способ позволяет за счет снижения температуры взаимодействия увеличить выход (92-96%) целевого продукта.

2. Способ позволяет значительно уменьшить температуру (от 100°С до 20°С), время синтеза (с 6 часов до 20 минут), не требует специального оборудования (автоклава) и тем самым существенно упростить синтез и снизить себестоимость целевого продукта.

3. Способ не требует использования дополнительного реагента лиганда активатора PPh₃, и катализатор является двухкомпонентной системой.

4. Способ не требует предварительного получения безводных солей LnCl₃ или FeCl₃ (трудоемкий, длительный синтез в коррозионно-агресивной среде).

Способ поясняется следующими примерами:

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор объемом 50 мл, предварительно продутый аргоном и установленный на магнитной мешалке, помещают 8 мл толуола и 0.54 ммоль кристаллогидрата PrCl₃·6Н₂О. При интенсивном перемешивании, при комнатной температуре в токе аргона добавляют 6.48 ммоль изо-Bu₃Al. После прекращения выделения газов (10-15 мин), не выключая перемешивание, в раствор добавляют 20 ммоль анилина и 44 ммоль масляного альдегида. Продолжают перемешивать в течение 20 мин. Затем реакционную смесь трижды экстрагируют эфиром (3×50 мл), объеденные экстракты сушат над безводным MgSO₄, отгоняют растворитель и оставшуюся реакционную массу фракционируют в вакууме. Выход 2-пропил-3-этил хинолина составляет 96% (3.82 г).

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Пример	Альдегид	Состав катализатора при мольном отношении	Т, °С	Время, мин	Выход, %	Целевой продукт
1	Масляный C4H8O	TbCl3·6Н2О: изо-Bu3Al1:12	20	20	92	2-Пропил-3-этилхинолин
2	То же	EuCl3·6Н2О: изо-Bu3Al1:12	20	20	88	То же
3	-	NdCl3·6Н2О: изо-Bu3Al1:12	20	20	93	-
4	-	PrCl3·6Н2О: изо-Bu3Al1:12	20	20	96	-
5	Валерьяновый C5H10O	PrCl3·6Н2О: изо-Bu3Al1:12	20	20	90	2-Бутил-3-пропилхинолин
6	Капроновый С6Н12О	PrCl3·6Н2О: изо-Bu3Al1:12	20	20	89	2-Амил-3-бутилхинолин

Все опыты проводили в толуоле.

Полученные соединения имеют следующие физико-химические характеристики:

2-Пропил-3-этилхинолин. Маслянистая жидкость, с характерным запахом. Т_кип=118°С (1 мм рт.ст.). М⁺ 199. Найдено, %: С 84,91; N 7,01; Н 8,35. C₁₄H₁₇N. Вычислено, %: С 84,42; N 7,04; Н 8,54. ИК-спектр, υ, см^-1: 740, 780, 1000, 1510, 1620, 2930. Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д.): 1,08 т (3Н, СН₃); 1,23 т (3Н, СН₃); 1,71 м (2Н, СН₂); 2,68к (2Н, СН₂); 2,85 т (2Н, СН₂); 7,3-8,1 м (5Н, аром.).

2-Бутил-3-пропилхинолин. Маслянистая жидкость, с характерным запахом. Т_кип=143°С (1 мм рт.ст.). M⁺ 227. Найдено, %: С 84,35; N 6.02; Н 8,95. C₁₆H₂₁N. Вычислено, %: С 84,58; N 6,17; Н 9,25. ИК-спектр, υ, см^-1: 740, 780, 1000, 1510, 1620, 2930. Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д.): 1,1 т (3Н, СН₃); 1,25 т (3Н, СН₃); 1,68 м (2Н, СН₂); 1,73 м (2Н, СН₂); 1,82 т (2Н, СН₂); 2,71 к (2Н, СН₂); 7,28-8,07 м (5Н, аром.)

2-Амил-3-бутилхинолин. Маслянистая жидкость, с характерным запахом. Т_кип=156°С (1 мм рт.ст.). M⁺ 255. Найдено, %: С 87,5; N 5,2; Н 9,3. C₁₈H₂₅N. Вычислено, %: С 87,71; N 5,49; Н 9,8. ИК-спектр, υ, см^-1: 740, 780, 1000, 1510, 1620, 2930. Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д.): 1,12 т (3Н, СН₃); 1,27 т (3Н, СН₃); 1,78 м (2Н, СН₂); 1,86 м (2Н, СН₂); 1,86 м (2Н, СН₂); 1,97 м (2Н, СН₂); 2,13 м (2Н, СН₂); 2,38 м (2Н, СН₂); 2,83к (2Н, СН₂); 2,97 т (2Н, СН₂); 7,3-8,12 м (5Н, аром.)

Способ получения алкилпроизводных хинолина общей формулы

где R=С₂Н₅, С₃Н₇, С₄Н₉,

путем взаимодействия анилина (C₆H₅NH₂) с алифатическими альдегидами общей формулы RCH₂CHO (где R имеет указанные выше значения) в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют кристаллогидрат трихлорида лантанида (LnCl₃·6Н₂О, Ln=Pr, Nd, Tb, Eu) и триизобутилалюминий (изо-Bu₃Al) взятых в мольном отношении LnCl₃·6Н₂O:(изо-Bu₃Al)=1:12, и процесс ведут при атмосферном давлении и комнатной температуре в толуоле в течение 20 мин в атмосфере аргона.