Способ получения 2-ацетилбензо[h]хинолина

Способ получения 2-ацетилбензо[h]хинолина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области органического синтеза, в частности к способу получения 2-ацетилбензо[h]хинолина.

Производные бензохинолинов склонны к образованию комплексов с переходными металлами, что делает привлекательным их применение в фотофизике, и катализе [[1]. Mamane V., Louerat F., Fort Y. Direct Functionalization of Benzoquinolines // Lett. Org. Chem. - 2010. - V.7. - №1. - P.90-93.]. Так, 2-ацетилбензо[h]хинолин и его производные используются в синтезе новых комплексов переходных металлов (железо, рутений, осмий), которые применяются как активные катализаторы для селективного восстановления альдегидов и кетонов до спиртов [[2]. Rigo P., Baratta W., Siega K., Chelucci G.A., Ballico M., Magnolia S. New Ligands of the Benzo[h]quinoline Class and Transition Metal Complexes containing them and use of said Complexes as Catalysts / Патент WO 2009/007443 A2, 15.01.2009., [3]. Baratta W., Ballico M., Baldino S., Chelucci G., Herdtweck E., Siega K., Magnolia S., Rigo P. New Benzo[h]quinoline-Based Ligands and their Pincer Ru and Os Complexes for Efficient Catalytic Transfer Hydrogenation of Carbonyl Compounds // Chem. Eur. J. - 2008. - V.14. - №30. - P.9148-9160.]

2-Ацетилбензо[h]хинолин (1) был синтезирован из 2-бромбензо[h]хинолина (2) по следующей методике [[2]. Rigo P., Baratta W., Siega K., Chelucci G.A., Ballico M., Magnolia S. New Ligands of the Benzo[h]quinoline Class and Transition Metal Complexes containing them and use of said Complexes as Catalysts / Патент WO 2009/007443 A2, 15.01.2009.]:

Раствор (2) (1.52 г, 5.89 ммоль) в ТГФ (36 мл) охлаждают до -78°C и через 10 минут добавляют раствор 2.5 М н-бутиллития в н-гексане (2.47 мл, 6.18 ммоль). Образовавшийся темно-красный раствор перемешивают при -78°C в течение часа, после чего прикалывают N,N-диметилацетамид (0.60 мл, 6.45 ммоль). Далее реакционную массу перемешивают еще 1 час при -78°C. После достижения комнатной температуры в раствор добавляют 1 М HCl (7.4 мл, 7.4 ммоль). Органический слой экстрагируют диэтиловым эфиром (2×15 мл). Сушат безводным Na₂SO₄ и перегоняют под вакуумом. Остаток очищают флеш-хроматографией (петролейный эфир / этилацетат = 95/5). Выход 2-ацетидбензо[h]хинолина составляет 77% (1 г).

Исходный 2-бромбензо[h]хинолин (2) получают обработкой 2-хлорбензо[h]хинолина (3) бромтриметилсиланом (выход 96%) [[2]. Rigo Р., Baratta W., Siega K., Chelucci G.A., Ballico М., Magnolia S. New Ligands of the Benzo[h]quinoline Class and Transition Metal Complexes containing them and use of said Complexes as Catalysts / Патент WO 2009/007443 A2, 15.01.2009.].

Синтез соединения (3), в свою очередь, осуществляют по следующей схеме: сначала бензо[h]хинолин (4) превращают в N-оксид бензо[h]хинолина (5) окислением м-хлорнадбензойной кислотой (m-СРВА). Оксид (5) затем реагирует с оксихлоридом фосфора (POCl₃) с образованием 2-хлорбензо[h]хинолина (3) с 56%-ным выходом. Наряду с (3) в реакционной массе присутствует в минорных количествах 4-хлорбензо[h]хинолин, отделяемый флеш-хроматографией [[4]. Cappelli A., Anzini М., Vomero S., Mennuni L., Makovec F., Doucet E., Hamon М., Bruni G., Romeo M.R., Menziani M.C., De Benedetti P.G., Langer T. Novel Potent and Selective Central 5-НТ₃ Receptor Ligands Provided with Different Intrinsic Efficacy. 1. Mapping the Central 5-HT₃ Receptor Binding Site by Arylpiperazine Derivatives // J. Med. Chem. - V.41. - №5. - Р.728-741.]:

m-CPBA-мета-хлорнадбензойная кислота

Недостатки метода:

1. Многостадийность процесса.

2. Пожаро- и взрывоопасность процесса из-за использования избытка металлорганического реагента - n-BuLi.

3. Необходимость использования экстремально низкой температуры (до -78°C).

4. Применение в качестве исходных соединений труднодоступных реагентов: (CH₃)₃SiBr, m-CPBA, CH₃CON(СН₃)₂.

5. Низкая атомарная эффективность процесса.

В работе [[5]. Malkov A.V., Westwater M.-M., Gutnov A., Ramirez. - Lopez P., Friscourt F., Kadlcikova A., Hodacova J., Rankovic Z., Kotora M., Kocovsky P. New Pyridine N-Oxides as Chiral Organocatalysts in the Asymmetric Allylation of Aromatic Aldehydes // Tetrahedron. - 2008. - V.64. - №49. - P.11335-11348.] 2-ацетилбензо[h]хинолин (1) синтезировали восстановлением триметилалюминием метилового эфира 2-бензо[h]хинолинкарбоновой кислоты (6):

К охлажденному до -85°С раствору (6) (2 г, 8.4 ммоль) в безводном CH₂Cl₂ (40 мл) добавляют 2М раствор (CH₃)₃Al (8.43 мл, 16.9 ммоль) в гексане. После того как температура повысится до -20°С, реакционную массу перемешивают 12 ч при -20°C. Далее добавляют 10 М HCl (10-30 мл) и перемешивают при -20°C 10 минут. После достижения температуры раствора до 0°С продолжают перемешивание еще 30 минут, после чего позволяют подняться температуре до комнатной. Реакционную массу экстрагируют хлористым метиленом (3×20 мл), органический экстракт сушат с помощью MgSO₄, растворитель отгоняют в вакууме. Сырой продукт очищают хроматографией на колонке, заполненной силикагелем. Элюент петролейный эфир - этилацетат (5:1). Выход 2-ацетилбензо[h]хинолина (1) 0.986 г. (51%).

Исходный метиловый эфир 2-бензо[h]хинолинкарбоновой кислоты (6) получают несколькими путями.

Так, (6) может быть синтезирован из бензо[h]хинолина по следующей схеме: на первой стадии, металлируя бензо[h]хинолин (4) CH₃Li, с 66%-ным выходом получают 2-метилбензо[h]хинолин (7), который реагирует с избытком диизопропиламида калия (5 eq.) и диметилдисульфидом с образованием тритиооротэфира (8) (выход 67%). Последующая десульфуризация соединения (8) в присутствии соли ртути (HgCl₂) приводит к метиловому эфиру 2-бензо[h]хинолинкарбоновой кислоты (6) с выходом 62% [[1]. Mamane V., Louerat F., Fort Y. Direct Functionalization of Benzoquinolines // Lett. Org. Chem. - 2010. - V.7. - №1. - Р.90-93.]:

Метиловый эфир 2-бензо[h]хинолинкарбоновой кислоты (6) получают по классической методике: этерификацией самой 2-бензо[h]хинолинкарбоновой кислоты (9) в присутствии избытка серной кислоты. Выход (9) составляет 88% [[5]. Malkov A.V., Westwater M.-M., Gutnov A., Ramirez.-Lopez P., Friscourt F., Kadlcikova A., Hodacova J., Rankovic Z., Kotora M., Kocovsky P. New Pyridine N-Oxides as Chiral Organocatalysts in the Asymmetric Allylation of Aromatic Aldehydes // Tetrahedron. - 2008. - V.64. - №49. - P.11335-11348.].

В работе [[6]. Takahashi K., Mitsuhashi K. Conversion of the Carboxyl Group to the Corresponding Trichloromethyl Group in the Quinoline Series // J. Heterocycl. Chem. - 1977. - V.14. - №5. - Р.881-884.] 2-бензо[h]хинолинкарбоновая кислота (9) получена в две стадии: 1) бромирование 2-метилбензо[h]хинолина (7); 2) гидролиз образующегося 2-трибромметилбензо[h]хинолина (10):

1)

2)

Другой метод синтеза 2-бензо[h]хинолинкарбоновой кислоты (9) основан на реакции гидролиза 2-цианбензо[h]хинолина (11) под действием хлороводородной кислоты [[5]. Malkov A.V., Westwater M.-M., Gutnov A., Ramirez.-Lopez Р., Friscourt F., Kadlcikova A., Hodacova J., Rankovic Z., Kotora M., Kocovsky P. New Pyridine N-Oxides as Chiral Organocatalysts in the Asymmetric Allylation of Aromatic Aldehydes // Tetrahedron. - 2008. - V.64. - №49. - P.11335-11348.]. В свою очередь 2-цианбензо[h]хинолин (11) получают цианированием N-оксида бензо[h]хинолина (3) цианидом калия в присутствии хлористого бензоила [[7]. Colonna M., Fatutta S. Ricerche sugli N-ossidiaromatici. = Reazioni nucleofile sugli N-ossidi delle benzochinoline angolari // Gazz. Chim. Ital. - 1953. - V.83. - P.622-631.]:

Недостатки метода:

1. Многостадийность процесса.

2. Пожаро- и взрывоопасность процесса из-за использования избытка металлорганических реагентов - (СН₃)₃Al, CH₃Li.

3. Необходимость использования экстремально низкой температуры (до -78°С).

4. Применение в качестве исходных соединений труднодоступных диизопропиламида калия и CH₃SSCH₃.

5. Использование сильнодействующих ядовитых веществ: хлорида и цианида калия, ртути.

Авторами предлагается способ получения 2-ацетилбензо[h]хинолина (1), не имеющий вышеперечисленных недостатков.

Задачей предлагаемого изобретения является удешевление себестоимости конечного продукта за счет использования доступного исходного соединения и реагентов и упрощение технологии в целом.

Сущность предлагаемого способа заключается во взаимодействии бензо[h]хинолина (2) с этиловым спиртом в присутствии четыреххлористого углерода под действием медьсодержащего катализатора, выбранного из ряда Cu(acac)₂, CuOAc, Cu(ОАс)₂, C₁₄H₁₀O₄Cu·2H₂O, C₁₄H₁₀O₆Cu, CuBr, CuBr₂, CuCl₂·2H₂O, CuI при температуре 140-160°C в течение 2-10 ч при мольном соотношении: [Cu]:[бензо[h]хинолин]:[этанол]:[CCl₄]=[1]:[100]:[500-1500]:[500-1500].

Увеличение продолжительности реакции до 10 ч нежелательно, так как выход 2-ацетилбензохинолина (1) снижается до 40%, что объясняется осмолением продуктов реакции. При проведении реакции при температуре 150°C в течение 6 ч и использовании следующих мольных соотношений катализатора и реагентов: [CuI]:[бензо[h]хинолин]:[этанол]:[CCl₄]=[1]:[100]:[1000]:[1000] общий выход 2-ацетилбензохинолина составляет 60%. При использовании других медьсодержащих катализаторов Cu(асас)₂, CuOAc, Cu(ОАс)₂, C₁₄H₁₀O₄Cu·2H₂O, C₁₄H₁₀O₆Cu, CuBr, CuBr₂, CuCl₂·2H₂O общий выход 2-ацетилбензохинолина был меньше и составил 30-50%.

Преимущества предлагаемого метода.

1. Одностадийность процесса.

2. Доступность и низкая стоимость исходных реагентов - бензо[h]хинолина, этанола и CCl₄.

Предлагаемый способ поясняется примерами:

ПРИМЕР 1. Реакции проводили в стеклянной ампуле объемом 10 мл, помещенной в микроавтоклав из нержавеющей стали объемом 17 мл, при постоянном перемешивании и регулируемом нагреве.

В ампулу в токе аргона загружают 0.0021 г (0.01 ммоль) CuI, 0.2 г (1 ммоль) бензо[h]хинолина (2), 1.1 мл (10 ммоль) CCl₄ и 0.65 мл (10 ммоль С₂Н₅ОН). Запаянную ампулу помещают в автоклав, автоклав герметично закрывают и нагревают при 150°С в течение 6 часов с постоянным перемешиванием. После окончания реакции автоклав охлаждают до комнатной температуры, ампулу вскрывают. Реакционную массу пропускают через слой Al₂O₃, нейтрализуют водным раствором Na₂CO₃. Экстрагируют CHCl₃. Органический слой фильтруют через слой силикагеля (2 грамма) (элюент - хлороформ). Продукт реакции элюируется с первой фракцией растворителя, исходный бензо[h]хинолин (2) в последующей. Выделенный бензо[h]хинолин (2) после упаривания растворителя может быть возвращен в реакцию. Из первой фракции растворитель отгоняют, 2-ацетилбензо[h]хинолин (1) перекристаллизовывают из этилового спирта.

Общий выход 2-ацетилбензо[h]хинолина (1) составляет 60%.

Выделенный 2-ацетилбензо[h]хинолин (1) имел Т_пл 115-116°С. (113-115 [[3]. Baratta W., Ballico M., Baldino S., Chelucci G., Herdtweck E., Siega K., Magnolia S., Rigo P.. New Benzo[h]quinoline-Based Ligands and their Pincer Ru and Os Complexes for Efficient Catalytic Transfer Hydrogenation of Carbonyl Compounds // Chem. Eur. J. - 2008. - V.14. - №30. - Р.9148-9160.], 116-118 [[5]. Malkov A.V., Westwater M.-M., Gutnov A., Ramirez.-Lopez P., Friscourt F., Kadlcikova A., Hodacova J., Rankovic Z., Kotora M., Kocovsky P. New Pyridine N-Oxides as Chiral Organocatalysts in the Asymmetric Allylation of Aromatic Aldehydes // Tetrahedron. - 2008. - V.64. - №49. - Р.11335-11348.]).

Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃, δ, м.д.): 3.01 с (3Н, СОСН₃), 7.75-7.96 м (2Н), 7.79 д (1Н, 8 Гц), 7.82 д (1Н, J=4 Гц), 7.91 д (1Н, J=8 Гц), 8.28 с (2Н), 9.39 д (1Н, J=8 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.): 25.77 (С¹²), 118.91 (С³), 124.49 (С¹⁰), 124.95 (С⁹), 127.52 (С⁷), 127.99 (С⁸), 128.39 (С^4′), 128.64 (С⁶), 130.03 (С⁵), 131.66 (С^10′), 133.74 (С^6′), 136.54 (С⁴), 145.44 (С^10′′), 151.67 (С²), 200.72 (С¹¹).

Масс-спектр, m/z (I_oтн (%)): 221.10 [M]⁺ (100), 194.10 (11.06), 193.10 (74.59), 180.10 (11.90), 179.10 (87.51), 178.10 (83.11), 177.10 (20.89), 176.10 (4.25), 153.15 (3.87), 152.15 (10.38), 151.15 (33.51), 150.15 (15.77), 125.15 (3.98), 89.10 (4.17), 75.15 (7.71), 43.05 (10.91).

Другие примеры, подтверждающие способ приведены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты опытов по синтезу 2-ацетилбензо[h]хинолина (1) реакцией бензо[h]хинолина (2) с C2H5OH и CCl4 под действием медьсодержащих катализаторов
№№ п/п	Мольное соотношение [kat]:[(2)]:[CCl4]:[EtOH]	катализатор	Температура, °С	t, ч	Общий выход (1), %
1	1:100:1000:1000	CuI	140	6	34
2	1:100:1000:1000	Cu(acac)2	150	6	33
3	-«-	Cu(OAc)2	-«-	-«-	43
4	-«-	Cu(OAc)	-«-	-«-	46
5	-«-	C14H10O4Cu·2H2O	-«-	-«-	40
6	-«-	C14H10O6Cu	-«-	-«-	45
7	-«-	CuBr	-«-	-«-	43
8	-«-	CuBr2	-«-	-«-	40
9	-«-	CuI	-«-	-«-	60
10	1:100:1000:1500	-«-	-«-	-«-	45
11	1:100:1000:500	-«-	-«-	-«-	37
12	1:100:1500:1000	-«-	-«-	-«-	47
13	1:100:500:1000	-«-	-«-	-«-	20
14	1:100:500:1500	-«-	-«-	-«-	34
15	1:100:1500:500	-«-	-«-	-«-	40
16	1:100:1500:1500	-«-	-«-	-«-	50
17	1:100:1000:1000	-«-	-«-	2	20
18	-«-	-«-	-«-	10	40
19	-«-	-«-	160	6	40

Способ получения 2-ацетилбензо[h]хинолина (1) формулы отличающийся тем, что бензо[h]хинолин (2) подвергают взаимодействию с CCl₄ и этанолом в автоклаве под аргоном в присутствии медьсодержащего катализатора, выбранного из ряда Cu(acac)₂, CuOAc, Cu(OAc)₂, C₁₄H₁₀O₄Cu·2H₂O, C₁₄H₁₀O₆Cu, CuBr, CuBr₂, CuCl₂·2H₂O, CuI при температуре 140-160°C в течение 2-10 ч при мольном соотношении: [Cu]:[бензо[h]хинолин]:[этанол]:[CCl₄]=[1]:[100]:[500-1500]:[500-1500].