Способ получения замещенных 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрилов на основе 4-бром-5-нитрофталонитрила

Способ получения замещенных 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрилов на основе 4-бром-5-нитрофталонитрила

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу получения новых азотсодержащих соединений, а именно замещенных 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрилов, которые могут быть использованы в качестве полупродуктов в синтезе биологически активных веществ, флуоресцирующих материалов, фталоцианинов.

Из уровня техники нам не известны способы получения данных соединений, поэтому задачей изобретения является разработка способа получения замещенных 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрилов общей структурной формулы:

Поставленная задача достигается тем, что в качестве исходных реагентов для синтеза замещенных 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрилов (Схема 1) используют высокоактивный субстрат - 4-бром-5-нитрофталонитрил (1) и натриевые соли 2-замещенных оксобутенитрилов (2), полученных конденсацией Кляйзена из коммерчески доступных бензилцианидов и этилацетата.

Взаимодействие указанных реагентов протекает при температуре T=19…25°C и мольном соотношении (1):(2)=1:2, в течение 1-2 часа в растворе ДМФА и не требует дополнительного использования катализаторов. Затем реакционную массу разбавляют десятикратным избытком воды с T=0…25°C. Выделившийся смолистый осадок экстрагируют хлористым метиленом, тщательно промывают водой и хроматографируют на силикагеле. Элюент (растворитель) упаривают, выпавший осадок (3) отфильтровывают и перекристаллизовывают из спирта.

Схема 1:

R=H (a), CH₃ (b); OCH₃ (c); Cl (d); F(e)

Отличительной особенностью данного способа является то, что натриевые соли 2-замещенных оксобутенитрилов (2) используют одновременно и в качестве реагентов и как основания. Для этого подбирают оптимальное соотношение 4-бром-5-нитрофталонитрил (1) и натриевой соли 2-замещенного оксобутенитрила (2), равное двукратному мольному избытку последнего. Проведение реакции классическим методом С-нуклеофильного замещения по Макошу с использованием в качестве нуклеофилов бензилцианидов (межфазный катализ) (M.Makosza, K.Wojciechowski // Chem. Rev., 2004, 104, 5, 2631-2666) оказалось неприемлемо к 4-бром-5-нитрофталонитрилу (1) из-за высокой подвижности атома брома. Поэтому в настоящем изобретении предлагают проводить реакцию с применением натриевых солей 2-замещенных оксобутенитрилов (2), т.к. в присутствии водного основания предпочтительнее протекает нуклеофильное замещение атома брома на гидроксил, с образованием в качестве основного продукта реакции производных 4-гидрокси-5-нитрофталонитрила.

В качестве растворителей для проведения данной реакции используют ДМСО, ДМФА, ацетонитрил, спирт, однако, наилучшие результаты получают в ДМФА. В апротонных растворителях (ДМСО, ацетонитрил) наблюдается заметное снижение скорости реакции. Использование протонных растворителей (спирт) резко снижает выход продукта.

Строение полученных соединений подтверждено методами ИК, ЯМР H¹, ЯМР C¹³, NOESY спектроскопией и масс-спектрометрией.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрил (3a)

К раствору 0,001 моль 4-бром-5-нитрофталонитрила в 3 мл ДМФА прибавляют 0,002 моль натриевой соли 2-замещенного оксобутенитрила (2a) и перемешивают при температуре T=19…25°C в течение 1-2 часов, затем выливают в 30 мл воды с T=0…25°C. Выделившийся смолистый осадок экстрагируют хлористым метиленом, тщательно промывают водой и хроматографируют на силикагеле. Элюент (растворитель) упаривают, а выпавший осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из спирта. Получают 0,16 г (54% от теории) 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрил - белый порошок, Т.пл. 130-132°C.

Примеры 2-5. Другие замещенные 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрилы получают аналогично примеру 1. Физико-химические характеристики замещенных 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрилов приведены в Таблице 1.

Таблица 1
Пример	R	Тпл., °C	Выход, %	ЯМР H1-спектр, δ, м.д., J, Гц	ЯМР C13-спектр, δ, м.д., J, Гц	Масс-спектр, m/z
1	2	3	4	5	6	7
1	H	130-132	54	6.32 (s., 1H, -CH-), 7.40 (m, 5H), 8.46 (s, 1H, 3-H), 8.87 (s, 1H, 6-H).	149.3 (C-5), 136.41 (C-1'), 136.04 (C-3), 131.48 (C-4), 130.30 (C-6), 130.09 (C-2',6'), 129.91 (C-4'), 127.93 (C-3',5'), 120.68 (C-2), 117.60 (C-1), 116.56 (ON), 113.17 (ON), 112.87 (ON), 38.22 (CH).	287, 271, 254, 240, 231, 217, 199, 188, 169, 156, 141, 127, 100, 89, 77, 63, 51, 43, 39
2	CH3	163-165	51	2.33 (s., 3H, Me), 6.27 (s., 1H, -CH-), 7.21 (d, 2H, J=8.1. H5', H3'), 7.29 (d, 2H, J=8.1, H2', H6'), 8.44 (s, 1GH, 3-H), 8.81 (s, 1H, 6-H).		302, 285, 268, 258, 240, 230, 213, 301, 190, 176, 141, 127, 100, 91, 77, 63, 51, 39.
3	OCH3	193-195	48	3.80 (s, 1H, OMe), 6.05 (s., 1H, -CH-), 6.92 (d, 2H, J=8.8, H5', H3'), 7.18 (d, 2H, J=8.8, H2', H6'), 8.08 (s, 1H, 3-H), 8.38 (s, 1H, 6-H)	160.56 (C-4'), 149.23 (C-5), 136.85 (C-1'), 135.84 (C-3), 130.24 (C-6), 129.28 (C-2',6'), 123.14 (C-4), 120.59 (C-2), 117.43 (C-l), 116.75 (C-(C≡N), 115,47 (C-3',5'), 113.20 (C-1(C≡N), 112.88 (C-2(C≡N), 55.44 (OMe), 37.59 (CH).	318, 301, 284, 275, 232, 228, 204, 123, 100,
4	C1	189-190	55	6.12 (s.,1H, -CH-), 7.25 (d, 2H, J=8.5. H5', H3'), 7.44 (d, 2H, J=8.5, H2', H6'), 8.13 (s, 1H, 3-H), 8.44 (s, 1H, 6-H).		322, 307, 305, 288,279, 251, 240, 233, 216, 202, 188, 139, 123, 111, 99, 87, 75, 63, 50.
5	F	147-149	56	6.11 (s., 1H, -CH-), 7.13 (t, 2H, J=8.5. H5', H3'), 7.28 (d, 2H, J=5.1, J=8.5, H2', H6'), 8.13 (s, 1H, 3-H), 8.42 (s, 1H, 6-H)

Способ получения замещенных 4-[циано(фенил)метил]-5-нитрофталонитрилов общей формулы: где R=Н (а); СН₃ (b); ОСН₃ (c); Cl (d); F (е), заключающийся в том, что 4-бром-5-нитрофталонитрил подвергают взаимодействию с натриевыми солями 2-замещенных оксобутеннитрилов при мольном соотношении 1:2, соответственно, при температуре Т=19-25°С в течение 1-2 ч в растворе ДМФА, после чего реакционную массу разбавляют десятикратным избытком воды с Т=0-25°С, выделившийся смолистый осадок экстрагируют хлористым метиленом, тщательно промывают водой, хроматографируют на силикагеле, элюент (растворитель) упаривают, а выпавший осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из спирта.