Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия нитропроизводных пиридина. Монография
.pdf
образованием 3-нитропроизводных. Выход нитропродуктов резко
N
CH
3
H3C
CH
3
HNO3/ олеум
100 С
0
N
CH
3
H3C
CH
3
+
H
N
CH
3
H3C
CH
3
NO
2
N
CH3J
-
CH
3
H3C
CH
3
+
HNO3/ олеум
100 С
0
N
CH3J
-
CH
3
H3C
CH
3
+
NO
2
CH3J
CH3J
возрастает с увеличением числа метильных групп [15,16]:
В случае 2-метил- и 2,4-диметилпиридина в результате согласо-
ванного ориентирующего влияния СН
-групп и атома азота получается
3
эквимолекулярная смесь 3- и 5-мононитросоединений [17].
Нитрование катионов сульфата, иодида-1,2,4,6-тетраметил- и
2,4,6-триметилпиридина [18] осуществляется в одинаковых условиях:
азотной кислотой в олеуме при 100С. Катрицкий с сотрудниками
установили, что зависимости констант скоростей нитрования от
кислотности среды сходны для коллидина и его катиона. Максимально
возможная константа скорости реакции с участием свободного
основания, рассчитанная по теории абсолютных скоростей реакции
(2,26109 л∙моль
полученной на основании экспериментальных данных (1,61011 л∙моль
-1с-1
), значительно меньше константы скорости,
-1с-1
Кинетические исследования свидетельствуют о том, что коллидин
реагирует в протонированной форме в виде 1-Н-2,4,6-три-метилпиридиний катиона [19]:
).
11
При нитровании 3-бромпиридина KNO3 в 10% олеума при 270С
в присутствии железа в качестве катализатора образуется 5-нитро-
3-бромпиридин с выходом 7%. В этих же условиях 2- и 4-хлор-
N NH
2
N NHNO
2
N
O2N
NH
2
N
NO
2
NH
2
+
N
NH
2
O2N
(NO2)
N
NHNO
2
O2N
(NO2)
N
NH
2
NO
2
O2N
пиридины пронитровать не удалось [20].
Результаты нитрования алкил- и галогенпиридинов свидетель-
ствуют о слабом активирующем влиянии алкильных групп и сильном
дезактивирующем влиянии атомов галогена.
1.3. Нитрование аминопроизводных пиридина
Сильные электронодонорные заместители облегчают
электрофильную атаку в ядро пиридина и оказывают влияние на
ориентацию вступающей нитрогруппы [21]. Так, нитрование 2-аминопиридина азотной кислотой в H2SO4 проходит в две стадии: при 20С и
ниже образуется 2-нитроаминопиридин, который при повышении
температуры до 40-50С перегруппировывается (по Бамбергеру) в 5- и
3-нитро-2-аминопиридины в соотношении 8:1. Общий выход изомеров
составляет 82% [21,22]:
Дальнейшее нитрование смеси 5- и 3-нитро-2-аминопиридинов
приводит к получению 5- и 3-нитро-2-нитроаминопиридинов,
перегруппировкой которых в 100% H2SO4 при 70С получен 2-амино3,5-динитропиридин с 40% выходом.
Интересна работа Коросинской [23] по кинетике изомеризации
производных 2-нитроаминопиридина, в которой показано, что
2-нитроамино-5-нитропиридин при температурах выше 150С в серной
кислоте перегруппировывается в 2-амино-3,5-динитропиридин и
константа скорости превышает константу скорости перегруппировки
2-нитроамино-3-нитропиридина. Однако авторами не приводится
выход 2-амино-3,5-динитропиридина.
4-Аминопиридин был впервые пронитрован серно-азотной
кислотной смесью Конигсом с сотрудниками [24] до мононитро-
12
производного. Реакция также идет через стадию перегруппировки и
N
NH
2
HNO3, H2SO
4
0-10 C
0
N
NHNO
2
1 ч.
20 C
0
N
NH
2
95 C
0
NO
2
N
NHNO
2
NO
2
N
NH
2
NO
2
O2N
N
NH
2
O2N
HNO3, H2SO
4
20 C, 15 мин.
0
N
NHNO
2
O2N
N
NH
2
HNO3, H2SO
4
0 C, 30 мин.
0
N
NHNO
2
Cl
Cl
при 85-90С завершается образованием 3,5-динитропроизводного:
Приведенные результаты по нитрованию 2- и 4-аминопиридина
свидетельствуют об орто-пара ориентирующем эффекте заместителей.
Иная картина наблюдается при нитровании 3-аминопиридина.
В этом случае реакция останавливается на образовании N-нитропроизводного. Чичибабин и Кирсанов [25] показали, что 3-аминопиридин
нитруется серно-азотной смесью до 3-нитроаминопиридина. Левицкая
и Плазек [26] нитрованием 3-амино-6-нитропиридина получили 3нитроамино-6-нитропиридин:
При действии HNO3 при 0С на 3-метиламинопиридин
образуется 3-метилнитроаминопиридин с выходом 39% [27].
Результатом нитрования 2-,4-,5-,6-хлор-3-аминопиридинов явилось
образование соответствующих хлор-3-нитроаминопиридинов [28,29]:
В работах [26,28] сообщается о неудачных попытках
перегруппировки 3-нитроаминопиридина и его производных. Так,
3-нитроаминопиридин при нагревании при низких температурах в
серной кислоте остается неизменным, а при высоких температурах
(100С) гидролизуется с образованием 3-гидроксипиридина.
Опыты по изомеризации 6-нитро-3-нитроаминопиридина
показали, что он также не склонен к перегруппировке [26].
В результате попыток по перегруппировке 2- и 4-хлор-3-нитроаминопиридинов получены симметричные азопиридины, а в случае 5изомера – образуется 5-хлор-3-оксипиридин [28]:
13
Cl
0
50-60 C
H2SO
4
NHNO
2
N
Cl
N
N N
N
Cl
9-40%
Cl
N
OH
32%
N
N CH
3
NO
2
0-5 C
H2SO
4
0
N
NHCH
3
NO
2
N NHNO
2
N
H
N
NO
2
N NHNO
2
C
H
2
N
2
(
C
H
3
)
2
S
O
4
N
a
O
H
N NNO
2
N NNO
2
В отличие от 3-нитроаминопиридина и его нитро- и
галогенпроизводных 3-метилнитроаминопиридин перегруппировывается в 2-нитро-3-метиламинопиридин :
Различное поведение изомерных N-нитроаминопиридинов в
реакции N-С – изомеризации объясняется строением этих соединений.
Чичибабин и Меншиков [29,30] впервые высказали предположение,
что 2-нитроамино-пиридин существует в виде двух таутомерных форм:
Свое предположение они доказывали получением 2-метилнитроамино- и 1-метил-2-нитроамино-1,2-дигидропиридина путем
метилирования 2-нитроаминопиридина диазометаном в эфире или
диметилсульфатом в щелочной среде:
14
Тауринс [31], изучая ИК-спектры 2-, 3- и 4-нитроамино-
N
N N
O
O
-
+
H
..
+
-
N
N N
O
-
O
-
+
H
..
+
N
O
-
O
NN
+
H
..
+
-
N
O
-
O
-
NN
+
H
..
+
+
H
+
N
N
O
O
-
N
.
.
+
H
+
N
N
O
-
O
-
N
.
.
N
NH
2
HNO
3
Ac2O, AcOH
NH2*HNO
3
N
пиридинов в кристаллическом состоянии, показал, что в них
отсутствуют полосы поглощения, характерные для NH- групп и =N-
групп, но имеются полосы в области 2880 и 2550 см
нитроаминопиридинов.
Исходя из полученных данных, Тауринс сделал заключение, что
сдвиг полос в ИК-спектрах возникает за счет структур, вызванных
эффектом резонанса, который приводит к образованию внутренних
солей (бетаинов) нитроаминопиридинов:
Резонанс в этих соединениях приводит к локализации положительного заряда на гетероциклическом ядре, а отрицательного – на
нитроаминной группе.
Фаляховым, Гильмановым, Собачкиной изучено нитрование
ряда 3-аминопроизводных пиридина с целью выяснения возможности
синтеза полинитропроизводных и выявления особенностей их
поведения в этой реакции [32].
Авторами изучено нитрование широкой серии аминов. Так,
установлено, что при нитровании 3-аминопиридина 98%-ной азотной
кислотой в уксусном ангидриде или уксусной кислоте в интервале
температур 25-80ºС неизменно образуется нитрат 3-аминопиридина:
15
-1
для всех
Нагревание нитрата 3-аминопиридина в концентрированной
NH2*HNO
3
N
H2SO
4
N
NHNO
2
HNO
3
H2SO
4
N
NHNO
2
N
OH
HNO
3
N
HN
N
C-CH
3
O
Ac2O/
10-150C
N
C-CH
3
O
O2N
HNO
3
N
HN
CH
2
N
NH
NO
2
O2N
N
N CH
2
N
N
NO
2
O2N
O2N
NO
2
HNO
3
серной кислоте при 40°С вызывает перегруппировку до 3-нитроаминопиридина:
Дальнейшее нитрование 3-нитроаминопиридина серно-азотной
смесью при температурах 40-80°С приводит к гидролизу нитроаминопроизводного и образованию 3-гидроксипиридина:
Нитрование ацетилпроизводных 3-аминопиридина смесью
уксусного ангидрида и 98%-ной азотной кислотой дает N-ацетил-Nнитро-3-аминопиридин:
Аналогично при нитровании серно-азотной смесью ведет себя
3-амино-6-нитропиридин. Так, обработка 3-амино-6-нитропиридина
серно-азотной смесью при 0-100С приводит к образованию 3-нитроамино-6-нитропиридина. Однако дальнейшему нитрованию 3-нитроамино-6-нитропиридин не подвергается. Не удается его подвергнуть
и перегруппировке Бамбергера нагреванием в концентрированной
серной кислоте.
Нитрование серно-азотной смесью, полученного на основе
3-амино-6-нитропиридина основания Манниха, приводит к
динитроамину, инертному к дальнейшему нитрованию:
16
Интересные результаты были получены при нитровании
HNO
3
N
O2N
NH
2
N
+
O2N
NO
2
H
N
+
O
-
N
O
-
1)HNO
3
H2SO
4
N
NHCH
3
N
R
NO
2
N
2)Ac2O/
HNO
3
NO
2
CH
3
700C
N
R
NO
2
HN
CH
3
R=H,NO
2
3-амино-6-нитропиридина концентрированной азотной кислотой.
Обработка 3-амино-6-нитропиридина крепкой азотной кислотой
сопровождается сильным экзотермическим эффектом, который
наблюдается при 35°C. После выдержки реакционной массы при
50-60°С в течение часа и удалении избытка кислоты авторами было
выделено вещество темно-коричневого цвета с Тпл 224°С. По
результатам элементного анализа продукт представляет аминотринитропиридин. Изучение ИК-спектров соединения показало, что в
спектре отсутствует полоса поглощения вторичной аминогруппы, а
присутствует полоса поглощения в области 2300 см-1. Основываясь на
работах Тауринса [31], изучавшего ИК-спектры нитроаминопиридинов, для которых также наблюдается появление полос в
области 2550 см
-1
, характерных для внутренних солей нитроамино-
пиридинов, можно предположить, что в этом случае образуется
аналогичная внутренняя соль. В ПМР-спектре продукта присутствуют
сигналы с химическими сдвигами 8,3; 9,2 и 11,9 м.д.
Иначе ведут себя при нитровании 3-алкиламинопиридины.
Нитрование 3-метиламинопиридина и 3-метиламино-6-нитропиридина
приводит к соответствующим нитроаминам. Однако в отличие от
3-нитроамино- и 3-нитроамино-6-нитропиридинов их N-алкилпроизводные подвергаются перегруппировке Бамбергера нагреванием
в концентрированной серной кислоте:
Вероятно, этим и объясняется легкость нитрования 3-алкиламинопиридинов. Так, нитрование 3-метиламинопиридина, 3-метилнитроамино-6-нитро- и 3-метиламино-6-нитропиридина концентрированной азотной кислотой при температуре 65-70°С проходит легко и
17
завершается образованием 3-метилнитроамино-2,4,6-тринитро-
N
NHCH
3
N
NO
2
NO
2
N
NO
2
CH
3
N
NO
2
HN
CH
3
N
NO
2
NO
2
N
NO
2
CH
3
O2N
O2N
N
NO
2
NO
2
HN
CH
3
O2N
N
(O2N)
n
N
HNO
3
NO
2
CH
3
N
NO
2
N
Me
Me
N
NO
2
NO
2
N
NO
2
CH
3
O2N
пиридина. Нитрование 3-метиламино-2,4,6-тринитропиридина до
3-метилнитроамино-2,4,6-тринитропиридина проходит уже при
35-40°С [32]:
Структура 3-метилнитроамино-2,4,6-тринитропиридина была
доказана элементным анализом, ИК- и ПМР-спектрами. В ПМРспектре присутствует один синглет с химическим сдвигом 9,3 м.д.,
принадлежащий протону 3 положения пиридинового ядра.
Нитрование 3-диметиламино-6-нитропиридина проходит более
гладко, чем нитрование 3-метиламино-6-нитропиридина. Опыты
показали, что 3-диметиламино-6-нитропиридин без осмоления
нитруется до 3-метилнитроамино-2,4,6-тринитропиридина, хотя
процесс сопровождается окислением одной из метильных групп:
Выход 3-метилнитроамино-2,4,6-тринитропиридина составил 75-
80% [32[.
Как показали опыты по нитрованию 3-алкиламино-6-нитропиридинов, реакции проходят более спокойно, без температурных
скачков и осмолений, нежели нитрование ароматических аналогов. Повидимому, это связано с меньшей окисляемостью пиридинового
фрагмента. Так, нитрование 3-метиламино- и 3-метиламино-6-нитропиридина концентрированной азотной кислотой также приводит к
3-метилнитроамино-2,4,6-тринитропиридину с выходом 70-75%.
Таким образом, в отличие от 3-нитроаминопиридина 3-алкилнитроаминопиридины подвергаются перегруппировке Бамбергера и
18
стойки к окислению. Вероятно, этим объясняется легкость нитрования
N
CH3OCHN
NHCOCH
3
HNO3, H2SO
4
20 C
0
N
CH3OCHN
NHCOCH
3
NO
2
HCl
100 C, 1 ч.
0
N
NH
2
NO
2
H2N
0
0-5 C
N
NHCOCH
3
HNO
3
N
NHCOCH
3
H2N
N
NHCOCH
3
N
NHCOCH
3
O2NHN
, 30 мин
65%
N
NH
2
H2N
N
HN
HN
HNO
3
Ac2O
NO
2
O2N
NO
2
3-алкиламинопиридинов до 2,4,6-тринитропроизводных.
С увеличением числа аминогрупп в пиридиновом ядре
активность соединения в реакции нитрования сильно возрастает. Так,
Чичибабиным и Зейде [33] при нитровании 2,6-диаминопиридина
серно-азотной смесью на холоде наблюдались вспышки.
Мононитропроизводное 2,6-диаминопиридина было получено
нитрованием 2,6-диацетиламинопиридина с последующим гидролизом
ацетильных групп:
Позднее, в 1971 г, Вильямс и Коен [8] сообщили о получении
2,6-диамино-3,5-динитропиридина с Т
348-350С нитрованием
пл.
2,6-диамино- и 2,6-диацетиламинопиридинов 90% HNO3 в серной
кислоте при 60-70С.
При нитровании 2-амино-6-ацетиламинопиридина концентрированной HNO3 на холоде получен 2-нитроамино-6-ацетаминопиридин [35]:
Нами изучено нитрование 2-амино-6-гидроксипиридина серноазотной кислотной смесью. Нитрование основания проходит только в
виде сернокислой соли. В иных случаях выделить продукты
нитрования не удается, по видимому, по причине их разложения.
Нитрование 3,5-диаминопиридина как и моноаминопроизводного имеет свои особенности. Установлено, что при
температуре 15-20°С нитрование завершается образованием
3,5-динитроамино-2-нитропиридина. Строение соединения доказано
элементным анализом, ИК- и ЯМР-спектрами [36].
19
При нитровании 3,5-диаминопиридина серно-азотной смесью
H2SO
4
N
NH
2
NH
2
HNO
3
N
OHOH
O2N
NO
2
H2SO
4
N
NH
2
NH
2
HNO
3
O2N
NO
2
N
HNHN
O2N
NO
2
NO
2
O2N
N
NH-Pic
HNO
3
O2N
H2SO
4
N
N-Pic
O2N
NO
2
PicCl
N
N-NO
2
O2N
K
при температуре 20-25°С не удается выделить продукт реакции. При
повышении температуры до 60°С из кислотной смеси выпадают
кристаллы желтого цвета. Элементный анализ, ИК- и ПМР-спектры
показали, что соединение является 3,5-дигидрокси-2,6-динитропиридином:
Как видно, поведение 3,5-диаминопиридина при нитровании
серно-азотной смесью аналогично поведению 3-аминопиридина.
Получить 3,5-динитроамино-2,6-динитропиридин прямым
нитрованием 3,5-диаминопиридина серно-азотной смесью не удается.
Его получили нитрованием 3,5-диамино-2,6-динитропиридина серноазотной смесью при температурах 10-15°С [36]:
Нитрование ди- и полиядерных соединений 3-аминопроизводных пиридина протекает специфически и также имеет свои
особенности. Нитрование 3-пикриламино-6-нитропиридина серноазотной смесью приводит к образованию N-пикрил-3-нитроамино6-нитропиридина. Строение N-пикрил-3-нитроамино-6-нитропиридина было доказано элементным анализом, ИК-спектрами, а
также встречным синтезом:
Этот факт следует признать неожиданным, так как получить
вторичный нитроамин, связанный с двумя ароматическими кольцами
прямым нитрованием пока не удавалось [36]. Связь нитрогруппы с
атомом азота N-пикрил-3-нитроамино-6-нитропиридина оказалась
настолько прочной, что продукт не удалось подвергнуть
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]