книги из ГПНТБ / Бучин, П. И. Производные тиофена и битиофена как перспективные антисептики новой группы

В тех случаях, когда электропоакцепторный заместитель на­

чается в эффекте согласованной ориентации имеющегося в коль­ це метаориентирующего заместителя и гетероатома серы.

Тиофен и тиофеновые соединения вступают в реакции заме­

ния. Коснемся также получения аминотиофенов и некоторых изо­ мерных превращений в ряду тиофена.

Алкилируется тиофен лишь в мягких условиях при использо­ вании третичных и вторичных галогеналкилов. При этом выхо­ ды ал^илтиофенов получаются довольно низкие с образованием равных количеств 2- и 3-алкилтиофенов.

В. Б. Абрамович, А. Ф. Мясоедова, Р. И. Черкасов, А. М. Мустафина [ 1] сообщают об алкилировании 2-метилтиофена метанолом в присутствии катализаторов. Этилен в присутствии обычных катализаторов алкилирования не реагирует с тиофеном. При использовании пропилена получаются низкие выходы про­ дукта и лишь изобутилен реагирует с тиофеном более активно.

Сказанное объясняет, почему алкилтиофены получают пре­ имущественно косвенным путем.

Одной из распространенных реакций замещения является ре­ акция галогенирования тиофена.

Из этой группы реакций наиболее полно изучено хлорирова­

tough [203])-

Когда положения 2 и 5 в кольце тиофена не замещены, основной

бромтиофена и 2-бромтиофенэ.

Из известных методов получения 2-бромтиофена следует от­ метить бромирование тиофена в ледяной уксусной кислоте (А. ТбЫ, К- Schultz [311]),а также бромирование тиофена диоксан-

11

дибромидом (А. П. Терентьев, Л. И. Беленький, Л. А. Яновская

[93]).

В лаборатории кафедры органической химии Куйбышевского политехнического института Н. И'. Путохин [71] разработал удоб­ ный метод монобромирования некоторых соединений бромфта-

го с помощью метилмагнийбромида лучше всего получается

3- бромтиофен (W. Steinkopf [289]).

В то время как 2-бромтиофен легко образует гриньяровские ре­ активы, 3-бромтиофен не реагирует с магнием в эфире (W. Stein­ kopf, Н. Jacob, Н. Penz [293]). 2-Бромтиофен способен с обмен­ ным реакциям замещения и применяется во многих тиофеновых синтезах.

Известны также 2,4-днбром-, 3,4-днбром-, 2,3,5-трибром- и 2,3,4-трибромтиофены. Исчерпывающее бромирование тиофена

kopf [290]).

Легкость, с которой 2-иод- и 3-иодтиофен подвергаются гриньяровской реакции, делает их необходимыми исходными соеди­ нениями для получения большого количества тиофеновых произ­ водных. Что касается фторпроизводных тиофена, то одним из таких соединений является 2-фтортиофен.

Весьма важной реакцией электрофильного замещения в ря­ ду тиофена является реакция нитрования.

Попытки применить к тиофену методы нитрования, аналогич­

Позднее открылась возможность получать 2-нитротиофен при

мононитрования тиофена в уксусном ангидриде при использова­ нии азотной кислоты в ледяной уксусной кислоте с преимущест­ венным выходом 2-нитротнофена предложил также V. Babasinian [113].

12

Способ синтеза^-нитротиофена разработал и Н. И. Путохин [72],

использовав при этом опыт G. Bacharach, W. Brechstone [114], а так­ же J. Menke [250] по нитрованию некоторых химических соединений нитратом меди в уксусном ангидриде.

•3-нитротиофен лучше всего получается нитрованием 2-тиофен- сульфонилхлорида дымящей азотной кислотой с последующим фракционным гидролизом в серной кислоте (Н- Burton, W. Davy [132]).

По химическим свойствам 2- и 3-нитротиофены весьма близки к нитробензолу.

Нитрование 2-нитротиофена дает смесь 2,4- и 2,5-динитропроиз­ водных тиофена, а при нитровании 3-нитротиофена образуется 2,4-ди­ нитротиофен (V. Meyer, О. Stadler [248], W. Steinkopf, Т. Нбрпег [292]).

Тринитропроизводные тиофена, которые не получаются при прямом титровании, могут быть синтезированы по Н. Priestley, С. Hurd‘y [267]'пос’гадийным замещением йода на нитрогруппы в трииодзамещенных соединениях. т етранитротиофены пока не известны.

Из серусодержащих производных тиофена следует отметить продукты реакции сульфирования. Еще V. Meyer [243] впер­ вые отделил тиофен от каменноугольного бензола методом селек­ тивного сульфирования тиофена 96%-ной серной кислотой и таким образом получил тиофенсульфокислоту.

Наиболее высокие выходы 2-тиофенсульфокислоты в виде ее натриевой соли получаются по методу W. Steinkopfa и W. Ohse [299], суть которого заключается в сульфировании тиофена 95%-ной серной кислотой в интервале температур 30—40°.

Имеющиеся сведения о тиофенсульфокислотах и их химиче­ ских свойствах весьма ограничены и противоречивы. Дело в том, что свободные тиофенсульфокислоты являются сравнительно не­ устойчивыми соединениями, особенно при хранении. Тем не ме­ нее известно, что они могут быть превращены в такие же произ­ водные, какие характерны для бензолсульфокислот (эфиры, хлорангидриды, амиды, анилиды).

В частности, 2-тиофенсульфонилхлорид, который применяется при синтезе ранее описанного 3-нитротиофена, получается при взаимодей­ ствии 2-тиофенсульфоната натрия с пентахлоридом фосфора (L. Welz [320], V. Meyer, Н. Kreis [246]). Может быть получен он и непос­ редственно при реакции тиофена с хлорсульфоновой кислотой (W. Stein­ kopf, Н. Jacob, Н. Penz [293], Н .Burton, W. Davy [132]).

Говоря о серусодержащих производных тиофена, нельзя не отметить многочисленных работ по тиофентиолам и их производ­

Я. Л. Гольдфарба, краткий обзор которых представлен в публи­ кации С. 3. Тайц [92].

13

Потенциально важный класс соединений представляют кар­ бонилсодержащие производные тиофена.

В прошлом эти соединения мало изучались из-за трудностей, встречавшихся при их получении. Однако в настоящее время разработаны вполне удовлетворительные методы синтеза тиофе­ новых альдегидов и кетонов.

Среди методов получения 2-тиофенальдегида можно привести способ декарбоксилирования нагретой 2-тиенилглиоксиловой ки­

из йодистого 3-тиенилмагния и ортомуравьиного эфира были предпри­ няты W. Steinkop‘OM и Н. Schmitt‘OM [303]. Однако 3-тиофенальде-

гид практически оставался неизвестным до 1948 года, когда был

ные метальные и метиленовые группы (Е. Гришкевич-Трохимовский,

денсации 2-тиофенальдегида и 5-нитро-2-тиофенальдегида с не­ которыми метилкетонами, жирными нитросоединениями, аминофенолами и с соединениями, содержащими активную метилено­ вую группу. В результате были синтезированы тиенальбутанон, тиенальбутанон-п-аминофенол, 5-нитро-2-тиенальбутанон, 5-нит-

14

ро-2-тиеналь-п-аминофенол, 2-тиенилнитроэтилен, 1-нитро-2- (5- нитро-тиенил-2) -этен, 2-тенилиденбарбитуровая кислота, 5-нит- ро-2-тенилиденбарбитуровая кислота, 5-нитро-2-тенилиден-/г-ами- нобензойная кислота.

С аминами тиофеновые альдегиды способны образовывать азометиновые основания (Л. Г. Ангерт, Я. Л. Гольдфарб, Г. И.

Что касается реакций замещения в кольце тиофеновых альде­ гидов, то они мало изучены.

Описано нитрование 2-тиофенальдегида с получением 4-нит- ро-2-тиофенальдегида (G.-Gever [190]). Что касается 5-нитро- 2-тиофенальдегида, то В. С. Егорова, В. Н. Иванова, Н. И. Пу­ тохин [32] получили его путем нитрования 2-тиофенальдегида азотнокислой медью в уксусном ангидриде.

Изучая в лаборатории гетероциклических соединений инсти­ тута органической химии АН СССР соотношение 4- и 5-нитроза- мещенных при нитровании 2-тиофенальдегида методами хромато­ графии и полкрографии, Л. И. Беленький, Э. И. Новикова, И. А. Дьяченко, Я. Л. Гольдфарб [13] установили факт преоблада­ ющего образования 4-изомера при повышении концентрации серной кислоты, в среде которой протекала реакция, что указывает на воз­ можность изменения направления нитрования при протонировании.

Как выяснилось в последнее время, нитротиофеновые альдегиды способны вступать в реакции конденсации (3. В. Тиль [95], G. Car­

точными продуктами для получения алкилтиофенов, карбоновых кислот тиофена и других тиофеновых соединений.

Для синтеза ацилтиофенов может быть применена реакция Фриделя — Крафтса. Однако необходимым условием при этом является нахождение тиофена в среде петролейного эфира, в противном случае при действии хлористого алюминия на тиофбн образуются смолообразные продукты.

Так как тиофен является весьма реакционноспособным ве­ ществом, то в качестве катализаторов m OSkho применять менее активные агенты, чем хлористый алюминий, как это предус­ мотрено реакцией Фриделя — Крафтса. Так, например, очень хороший выход таких кетонов, как 2-ацетилтиофен и 2-бензоилти- офен, можно получить при применении в качестве катализато­ ров четыреххлористого олова. Правда, при использовании четы­ реххлористого олова и четыреххлористого титана как катализа­ тора в качестве растворителя должен применяться бензол, так

15

как указанные неорганические хлориды не способны вызывать реакцию между бензолом и хлорангидридом кислоты.

Было обнаружено также, что ацилирование тиофена уксус­ ным ангидридом или хлористым бензоилом ускоряется при до­ бавлении каталитических количеств иода и иодистоводородной кислоты, а также хлористого цинка (Н. Hartough, A. Kosak [205, 206]).

Говоря о способах получения кетонов, отметим, что тиофен реагирует с ангидридами или хлорангидридами кислот в присут­

В. И. Карбан, Л. В. Дуленко, В. Н. Новиков [29]).

При ацилировании 2-ацетилтиофена в избытке уксусногр ан­ гидрида в присутствии хлористого цинкаь образуется 2,5-диаце- тилтиофен (Н. Hartough, A. Kosak [206]). З-Ацетилтиофен был получен при взаимодействии хлористого 3-теноила с диметилкад-

мием (Е. Campaigne, W. Le Suer [144]).

Ацилтиофены подвергаются обычным карбонильным реакци­ ям, с гидроксиламином, гидразинами и семикарбазидом. Полу­ чение этих производных является удобным методом идентифика­ ции жидких ацилтиофенов.

Карбонильная группа в ацнлтиофенах более реакционноспо­ собная, чем в соответствующих ацилбензолах. Так, 2-ацетил- тиофен без присутствия катализатора способен вступать в кон­ денсацию с анилином или другими первичными аминами, обра­ зуя кетимины (Н. Hartough [202]). Ацилтиофены с изатином в щелочной среде по реакции Пфитцингера образуют 2-тиенил-

2-Ацетилтиофен способен вступать в реакцию Манниха и в ре­

яровскими синтезами с а-, р-ненасыщенными кетонами ряда ти­ офена удается получать соответствующие бутаноны и пропаноны.

Замещение в кольце ацилтиофенов до недавнего времени ос­ новательно не изучалось. Однако в литературе имеются сооб­ щения об-опыте нитрования 2-ацетилтиофена с получением как

16

ловиях. При этом есть все основания полагать, что неустойчивость аминотиофенов обусловлена миграцией водорода аминогруппы с образованием таутомерной иминной структуры.

Впервые 2-аминотиофен в виде .устойчивой, двойной оловянной соли удалось получить в 1885 году О. Stadler’y [286] при восста­ новлении 2-нитротиофена оловом в спирте с хлористым водородом:

Sn, НС1

-N O , -------- >- ^ ^>-N H 2-HCl SnCl4.

(.C.HjOH)

2

По данным этого автора, другие методы восстановления 2-нит­ ротиофена оканчивались неудачей, так как приводили к разруше­ нию тиофенового кольца с выделением сероводорода.

W. Steinkopf [287] двойную оловянную соль 2-тиофенамина получал восстановлением 2-нитротиофена оловом и двухлористым оловом в соляной кислоте.

При действии на оловянную соль сероводородом получается гидрохлорид 2-аминотиофена.

Свободное основание 2-тиофенамина образуется при разруше­ нии оловянной соли щелочью в инертной атмосфере (в среде азо­ та). Оно представляет собой соединение с температурой кипения 77—79° при 11 мм рт. ст., которое в обычных условиях быстро пре­ вращается в гуммиобразную массу. Столь же неустойчивым ами­ ном является и 3-аминотиофен.

Введение в тиофеновое кольцо сильных электроноакцепторных групп, таких, как карбоксил или ацетил, придает первичным а,минотиофенам несколько большую устойчивость по сравнению со свободными основаниями. ,

Сравнительно устойчивым соединением является ацетамидотиофен, который получается либо при действии уксусного ангидри­ да на двойную оловянную солЬ 2-аминотиофена, либо путем бекма-

ровать 5-ацетиламино-2-тиофенальдегид и продукты его конден­ сации, а при ацетилировании 2-ацетамидотиофена можно получить 5-ацетиламино-2-ацетилтиофен.

М. Le Tellier-Dupre [ 154] получили бекмановской перегруппировкой оксима 5-метил-2-ацетилтиофена.

18

О. Dann [161] сообщил о синтезе 5-амино-2-карбэтокситиофе- на путем восстановления соответствующего нитросоединения алю­ миниевыми стружками во влажном эфире.

Как свидетельствуют W. Steinkopf и Р. Muller [298], при вос­ становлении 5-нитро-2-тиофенкарбоновой кислоты оловом в ук­ сусной кислоте получается 5-ацетамидо-2-тиофенкарбоновая кис­ лота. Этим же авторам принадлежит и описание способа получе­ ния 4-ацетамидо-2-тиофенкарбоновой кислоты из соответствующей нитрокислоты при восстановлении и последующем ацетилировании

2,4-диамииотиофен был получен H. И. Путохиным и А.-£Г Соро­ киным [77] в виде дигидрохлорида двойной оловянной соли пу­ тем восстановления 2,4-динитротиофена оловом в спирте, насы­ щенном хлористым водородом. Как выяснилось, при разрушении полученного комплекса сероводородом удается выделить соляно­ кислый диаминотиофен, а при действии на водный раствор дигид­ рохлорида диамина окисью серебра — свободное основание 2,4- диаминотиофепа.

В заключение укажем, что из 2-тиофенамина, взятого в виде двой­ ной оловянной соли, специальными реакциями можно получить

тиено-(2,3-в)-пиридин (W. Steinkopf, G. Lutzkendorf [296]), 2-метил-

тиено-(2,3-в)-пиридин (В. Г. Жиряков, П. И. Абраменко [37]), а также

4,6-диметилтиено-(2,3-в)-пиридин (W. Emerson, F. Holly, L. Klemm [176]).

Продолжая обзор, необходимо обратить внимание на то обстоя­ тельство, что наряду с реакциями, идущими с сохранением аро­ матической системы тиофена, описаны реакции, при которых аро­ матическая система не сохраняется. Правда, к этой группе реак­ ций неспособны ни тиофен, ни его гомологи, а способны лишь некоторые конденсированные системы (типа замещенных изотионафтена), содержащие тиофеновое кольцо.

В ряду тиофена описано всего несколько случаев поискового синтеза.. Все это связано с тем обстоятельством, что непредельные свойства в тиофене выражены значительно слабее, чем в его ближайших аналогах — фуране и пирроле.

Гидрирование в ряду тиофена идет обычно с трудом, что объяс­ няется отравляющим действием серы на многие катализаторы это­ го процесса, но тем не менее может быть получен тетрагидротио­

19

фен или тиофан. Дигидротиофены образуются при восстановлении тиофена натрием в жидком аммиаке.

Важной реакцией, которая широко изучается в последнее вре­ мя. является восстановительная десульфуризация тиофена и его соединений действием скелетного' никеля с получением алифати­ ческих соединений:

Интерес химиков к указанной реакции понятен.| Высокая ре­ акционная способность тиофена позволяет легко получать из него или его гомологов разнообразные замещенные, которые при вос­ становительной десульфуризации превращаются в насыщенные соединения различных классов.

Исходя из тиофена и его простейших гомологов и широко ис­ пользуя реакции хлорметилирования, металлирования, алкилиро­ вания и другие, сотрудники лаборатории гетероциклических сое­ динений института органической химии АН СССР под руководством Я. Л. Гольдфарба не только синтезировали многочисленные про­ изводные тиофена, но последующим их гидрогенолизом на скелет­ ном никелевом катализаторе с элиминированием серы создали многие ациклические соединения, синтез которых иным путем был бы весьма затруднителен (С. 3. Тайц [92]).

Значительная работа в области химии тиофена была проведе­ на на кафедре органической химии Куйбышевского политехничес­ кого института. Здесь, прежде всего, следует обратить внимание на важное с теоретической точки зрения исследование, выполнен­ ное Н. И. Путохиным и В. С. Егоровой [73, 75, 76], по изучению способности 2-тениламина и 2-тиенилкарбинола к изомеризации с расширением кольца, что распространяет известную в органичес­

Н. И. Путохин [88]). При этом, как выяснилось, диазотированию поддается и 2,4-диаминотиофен, причем не только в форме двой­ ной оловянной соли, но и в форме хлористоводородной соли. Наб­ людения показали, что диазотирование 2,4-диаминогиофена идет в обеих аминогруппах, а синтезируемые азосоединения являются бис-азокрасителями.

Моно- и бис-азокрасители ряда тиофена обладают хорошими красящими свойствами по отношению к шерсти и натуральному шелку.

20