Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия нитропроизводных пиридина. Монография
.pdf
N-окиси 2,4-диметилпиридина (лутидина) и 2,4,6-триметил-
N
N
O
HNO3,H2SO
4
0
100 C, 10 ч.
N
N
O
NO
2
40%
N
O
7%
58%
2%
пиридина (коллидина), у которых положение 4 занято алкильной
группой, в нитрование не вступают [106].
Нитрование N-окиси-2-этокси- [107], 3-метокси- [108], 2-бром[109], 3-фтор- [110, 111], 3-бром-, 3-метил-, 3-этил-, 3-изопропилпиридинов [112] азотной кислотой в серной при 90-100С также
приводит к образованию 4-нитропроизводных. При нитровании в этих
же условиях N-окиси 2,3-ди-, 2,5-ди, 2,3,6-три- [113], 2,3,5,6-тетраметил- и 3,5-, 2,6-дибромпиридинов [114,115] наблюдается такое же
направление замещения, то есть ориентирующий эффект N-оксидной
группы в рассматриваемых соединениях больше, чем влияние
алкильных, алкоксильных групп и атомов галогена.
Рассмотренные данные свидетельствуют о том, что реакция
нитрования N-окиси пиридина протекает легче и в более мягких
условиях, чем нитрование пиридина. Подтверждением большей
реакционной способности N-окиси пиридина служит также пример
нитрования N-окиси-2,3'-дипиридила [116]:
При нитровании 2- или 4-фенил-N-оксидов пиридина замещение
происходит преимущественно в мета-положение фенильного ядра:
Эти результаты позволяют сделать вывод о том, что реакционная способность N-окиси пиридина ниже, чем у бензола, но выше,
чем у пиридина.
1.7.1. Нитрование гидрокси- и алкоксипроизводных
N-окиси пиридина.
Электронодонорные заместители (алкокси-, амино- и окси-
группы) как и в пиридине оказывают влияние на ориентацию при
61
нитровании пиридин N-оксидов. В табл.1.16 приведены данные по
N
O
RO
R
N
O
RO
R
NO
2
-OR
-R
Условия реакции
Положение
вступления
нитрогруппы
Выход,
%
Литература
среда
Темпера-
тура, С
-2-ОС
2Н5
-Н
H2SO4 85
4
10-15
117
-2-ОСН
3
-Н
H2SO4 75
4
55-60
118
-3-СН
3
-Н
H2SO4 75
4
70-75
118
-3-ОН
-H H2SO4
0-15
2
60,5
119
-2-ОН
-H CH3
COOH
0 5 67
120
-2-OH
-H
CH3COOH
40
3,5 - 121
-4-OH
-H
CH3COOH
90-100
3,5
80
121
-4-OH
-3-NO2
CH3COOH
65-75
3,5 - 121
нитрованию N-окисей алкокси- и гидроксипиридинов.
Таблица 1.16
Результаты нитрования N-окисей алкокси-
и гидроксипиридинов азотной кислотой
Характерно, что при наличии двух алкоксильных групп
в 3 и 5 положениях замещение происходит у второго и шестого
углеродных атомов. Авторы работы [122] объясняют этот факт
пространственными затруднениями, возникающими при
осуществлении реакции замещения в положении 4.
Нитрование N-окиси 2-алкил-, 2-галоген-3-гидроксипиридинов,
завершающееся замещением в 4-положение, Дюмаев с сотрудниками
[123] объясняют как влиянием N-оксидной группы, так и усилением
водородной связи между атакующим ионом нитрония и водородом
оксигруппы.
Шофильд с сотрудниками изучили кинетику нитрования
N-окисей алкилпиридинов в положение 4. В результате авторы пришли
к выводу, что N-окиси алкилпиридинов в нитрование вступают в виде
свободного основания. Наличие гидроксигруппы в пиридиновом ядре
за счет положительного эффекта сопряжения значительно повышает
реакционную способность ядра и N-окиси гидроксипиридинов в
реакцию нитрования вступают в более мягких условиях. Так,
62
вступление первой нитрогруппы в молекулу N-окиси
N
O
OH
HNO
3
AcOH, O
0
N
O
OH
O2N
AcOH, O
HNO
3
AcOH, 40AcOH,
0
N
O
OH
O2N NO
2
N
O
OH
HNO
3
H2SO
4
N
O
OH
NO
2
N
O
OH
HNO
3
AcOH, 80AcOH,
0
N
O
O2N NO
2
OH
2-гидроксипиридина происходит при 0°С, а второй – при 40°С [124]:
Нитрование N-окиси-3-гидроксипиридина серно-азотной кислотной смесью при 20°С завершается образованием N-окиси-2-нитроЗ-гидроксипиридина с выходом 60%. Данный факт свидетельствует
о более сильном ориентирующем влиянии -гидроксигруппы по
сравнению с пара-ориентирующим действием N-оксидной
группы [123]:
Нитрование N-окиси-4-гидроксипиридина (в отличие от
N-окиси-2-гидроксипиридина) проходит при более высокой
температуре (80°С). Нитрогруппы также вступают в положения
3 и 5 [125]:
В литературе описана реакция образования 4-гидрокси-3-нитроN-окиси пиридина из N-окиси-4-нитропиридина. Так, в процессе
пропускания кислорода через раствор N-окиси-4-нитропиридина в
уксусном ангидриде при температуре 105°С происходит замещение
нитрогруппы на гидроксил с одновременной ее миграцией в
положение 3. Выход N-окиси-4-гидрокси-3-нитропиридина достигает
40-45% [126]:
63
N
O
NO
2
Ac2O/O
2
105
0
N
O
NO
2
OH
Авторами [127] показано, что нитрование N-окиси 4-гидроксипиридина 96-98% азотной кислотой в уксусной кислоте проходит
очень активно и даже при использовании мольного количества азотной
кислоты при 20-30°С, наряду с мононитропроизводным, образуется и
N-окись 4-гидрокси-3,5-динитропиридина. Использование для
нитрования двух молей крепкой азотной кислоты и повышение
температуры до 40-50°С завершается образованием
N-окиси 4-гидрокси-3,5-динитропиридина с выходом 70-71%. С целью
повышения выхода N-окиси 4-гидрокси-3,5-динитропиридина было
увеличено количество азотной кислоты до 4-5 молей, а температура
нитрования повышена до 80-85°С. Анализ продуктов реакции показал
присутствие в них N-окиси-4-гидрокси-3,5-динитропиридина и 3,5-динитропиридона-4, содержание которого достигало 30-35%. То есть,
наряду с нитрованием, в данных условиях происходит дезоксидирование N-оксидного фрагмента у N-окиси 4-гидрокси-3,5-динитропиридина.
Дальнейшее увеличение количества азотной кислоты приводит
к полному дезоксидированию N-окиси-4-гидрокси-3,5-динитропиридина и образованию в качестве единственного продукта реакции –
4-гидрокси-3,5-динитропиридина. Учитывая, что 4-гидрокси-3,5-динитропиридин является ценным химическим реагентом [127],
авторами была детально изучена стадия дезоксидирования N-окиси
4-гидрокси-3,5-динитропиридина и найдены наиболее оптимальные
режимы получения конечного продукта.
N-Окись 3-гидроксипиридина, в отличие от аналогов,
содержащих ОН-группу в положениях 2 и 4, не проявляет столь
высокой активности при электрофильном нитровании. Так, все
64
попытки введения второй нитрогруппы в N-окись 3-гидрокси-2-нитро-
N
+
H
N
+
H
O
-
O
-
N
+
OH
O
-
N
+
HO
O
-
пиридин, при использовании различных нитрующих смесей (смесь
азотной кислоты с уксусной кислотой, с уксусным ангидридом, 30%
олеумом, нитрование перхлоратом нитрония) завершалось возвратом
исходного соединения, либо разложением реакционной массы [127].
Однако ее неокисленный аналог (3-гидроксипиридин) достаточно
легко нитруется до 3-гидрокси-2,4,6-тринитропиридина [87].
Повышенная реакционная способность 2 и 4-гидроксипроизводных N-окиси пиридина по сравнению с их неокисленными
аналогами в реакциях электрофильного нитрования, по-видимому,
связана с различием реагирующих форм. Так, в кислых средах, для
перечисленных соединений характерно наличие следующих структур:
Электроноакцепторность различных модификаций иониевой азогруппы, изменяясь в последовательности N+H >> N+-OH [128],
обеспечивает, вероятно, повышенную реакционную способность
производных N-окиси пиридина, содержащих гидроксигруппу в
положениях 2 и 4.
2. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ГАЛОГЕННИТРОПРОИЗВОДНЫХ
ПИРИДИНА
2.1. Синтез галогеннитропиридинов заменой
гидроксигруппы галоген
В литературе описаны методы замены гидроксигруппы на
галоген в 2- и 4-гидрокси-3,5-динитропиридинах. Однако лабораторная проверка методик показала, что все они имеют недостатки:
невысокие выходы галогеннитропиридинов, низкая чистота конечных
продуктов, жесткие условия синтеза. Авторами разработаны простые и
удобные методы хлорирования гидроксинитропиридинов [129].
Суть метода хлорирования 2 и 4-гидроксипиридинов заключается в обработке гидроксипроизводных смесью ДМФА и хлорокиси
65
фосфора при температуре 80-90°С в течение одного часа. Количество
N
NO
2
OH
NO
2
O2N
N
NO
2
Cl
NO
2
O2N
N
NO
2
Cl
Cl
O2N
10%
90%
PCl5/ХЛФ 40-50оС
ДМФА cat
N
NO
2
OH
NO
2
O2N
N
NO
2
Cl
NO
2
O2N
95%
110oC
PCl
5
ДМФА и хлорокиси фосфора обычно составляет 2 м.ч. на 1 м.ч.
гидроксипроизводного. Выход 2-хлор- и 4-хлор-3,5-динитропиридинов достигает 80-90%.
Аналогично проходит хлорирование мононитропроизводных:
Хлорирование 3-гидрокси-2,6-динитропиридина пятихлористым
фосфором дает 3-хлор-2,6-динитропиридин [130]. Хлорирование
3-гидрокси-2,4,6-тринитропиридина (ТНП) проходит иначе. Обработка
3-гидрокси-2,4,6-ТНП пятихлористым фосфором приводит к 2,3-ди-
хлор-4,6-динитропиридину, то есть кроме гидроксигруппы замещению подвергается галоген. Применение хлорирующих смесей:
ДМФА/POCl3, ДМФА/SOCl2 позволяет помимо 2,3-дихлор-4,6динитропиридина получить 3-хлор-2,4,6-тринитропиридинновый реагент в ряду галогенпиридинов, содержащий три
нитрогруппы [131].
66
2.2. Синтез галогенаминопиридинов
N N NH
2
NH
2
Cl
Cl
2
+
N NH
2
Cl Cl
N
NH
2
N
NH
2
Cl
H2O2, HCl
N
N
NH
2
Cl
1)NaOCl
2)HCl, H2O
2
O
NH
2
Наличие электронодонорной аминогруппы в пиридине,
облегчает взаимодействие с электрофильными частицами. Так хлорирование 2-аминопиридина проходит спокойно элементарным хлором.
В зависимости от количества пропускаемого хлора и температуры
реакции можно получить как моно-, так и дихлорпроизводное [132].
Более удобным на практике является метод хлорирования
2-аминопиридина смесью соляной кислоты и пергидроля.
Выделяющийся в момент смешения соляной кислоты и перекиси
водорода атомарный хлор легко хлорирует 2-аминопиридин до
2-амино-5-хлорпиридина [133].
2,6-Диаминопиридин при обработке его пергидролем в смеси
соляной кислоты и этанола, образует с 60%-м выходом 2,6-диамино-
3,5-дихлорпиридин.
При хлорировании 3-аминопиридина смесью соляной кислоты и
перекиси водорода образуется 2-хлор-3-аминопиридин с выходом
68% [134]:
Интересный способ получения 2-хлор-3-аминопиридина
предложен взаимодействием никотинамида с раствором гипохлорита
натрия (реакция Гофмана) [135]. Образующийся 3-аминопиридин
далее, без выделения, хлорируют соляной кислотой с пергидролем.
Выход 3-амино-2-хлорпиридина при этом составляет 78%:
Перегруппировка Гофмана проведена и с амидом 2-хлорникотиновой кислоты, 2-хлор-3-аминопиридин получается с выходом
72% [136]:
67
N N
NH
2
Cl
O
NH
2
Cl
NaOBr
N
N Cl
ClCl
H2N
NH
3
N
N NH
2
NH
2
Br
Br
2
N NH
2
Br
Br
2
N NH
2
Br Br
Аналогичным образом из амидов 5-хлор- и 5-бромникотиновых
кислот были получены 5-хлор- и 5-бром-3-аминопиридины [137]. Из
соответствующих фторпиридинкарбоновых кислот были получены по
Гофману, 2-амино-6-фторпиридин и 3-амино-2-фторпиридин [138].
Аминированием 2,6-дихлорпиридина аммиаком в автоклаве с
выходом 70% был получен 2-амино-6-хлорпиридин [139]. Также
аминированием 2,6-дифторпиридина образуется 2-амино-6-фторпиридин [140].
Аналогично хлорированию проходит и бромирование 2-аминопиридина. При бромировании 2-аминопиридина мольным количеством брома в 20% растворе серной кислоты, в уксусной кислоте
или в хлороформе образуется 2-амино-5-бромпиридин. В серной
кислоте выход достигает 75-80% [141].
Обработка спиртового раствора 2-амино-5-бромпиридина при
температуре 65-70% еще одним молем брома приводит к 2-амино3,5-дибромпиридину с выходом 65-70%.
Синтез 2-амино-3,5-дибромпиридина возможен и в одну стадию.
Так, при обработке 2-аминопиридина в 20%-й серной кислоте
2 молями брома при температуре 60-70°С, бромирование проходит
сразу в 3 и 5 положения. Однако выход 2-амино-3,5-дибромпиридина
не превышает 40%, а само соединение сильно загрязнено
68
пербромидами аминопиридина. Поэтому на практике чаще
N
NH
2
N
NH
2
Br Br
2NBS, CCl
4
N
OH
NH
2
Br
NN
HBr
CH3COOH
используется двухстадийный метод [141].
При бромировании элементарным бромом аминопиридинов в
четыреххлористом углероде выход бромаминопиридинов не превышал
70% [142].
В более мягких условиях бромирования различных аминопиридинов N-бромсукцинимидом в растворителях: таких как четыреххлористый углерод, ацетонитрил, метанол, выхода бром- и дибромаминопиридинов достигают количественных [143]. Так например при
бромировании 3-аминопиридина двумя молями N-бромсукцинимида
выход 2,6-дибром-3-аминопиридина достигает 92%:
При обработке 1,3-дицианопропанола-2 безводным HBr или HJ в
ледяной уксусной кислоте или этаноле образуется 2-амино-6-бромпиридин или 2-амино-6-иодпиридин [144]:
При обработке бромистым водородом 3-гидроксиглутаронитрила в нитрометане образуется 2-амино-5,6-дибромпиридин [144]:
2.3. Синтез галогеннитропиридинов окислением
аминогалогенпиридинов
Окисление аминогалогенпиридинов как и незамещенных: 2,3 и
4-аминопиридинов до нитропроизводных обычно проводят смесью
концентрированной серной кислоты и перекисью водорода (кислота
Каро) [145].
69
Окисление 2- и 4-амино- и аминогалогенпиридинов кислотой
N
NH
2
H2SO
5
N
NO
2
+
N
NON
N
Каро, обычно завершается образованием соответствующих нитро- или
галогеннитропроизводных пиридина. Температура реакционной массы
20-25°С, время выдержки 48 часов.
Hal=Br, Cl
В случае 3-аминопиридинов наряду с образованием нитропроизводных происходит образование аза- и азаоксипроизводных
пиридина [145].
Для сокращения времени окисления проводились опыты по
высокотемпературному окислению амино- и аминогалогенпиридинов.
При этом было установлено, что проведение реакции окисления при
температуре 60-70°С сокращает ее продолжительность до 3-4 часов.
Выход нитропроизводных увеличивается на 15-20% [133 ].
Предложенные условия окисления аминогалогенпиридинов
оказались совершено непригодными при окислении 2-амино-3,5-дибромпиридина. Его удалось окислить кислотой Каро при температуре
°
10
С и времени выдержки 20 часов. При увеличении температуры
реакции до 30°С время окисления сокращается до 3 часов. Максимальный выход 2-амино-3,5-дибромпиридин достигает 50% [133].
Аналогично, из соответствующих аминосоединений окислением
пиросерной кислотой были получены 3-фтор-4-нитропиридин [146] и
4-нитротетрафторпиридин [147].
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]