Реферат: Синтез пиррольных интермедиатов для высокосопряженных порфиринов
--PAGE_BREAK--Основным требованием данной реакции является выбор алкилирующих агентов имеющих активное метиленовое звено, необходимое для протекания последующей внутримолекулярной конденсации, которая протекает спонтанно или в условиях щелочного катализа метилатом натрия.2.2. Методы синтеза порфиринов.
Характерной чертой современной химии порфиринов является наличие значительного числа разнообразных методов построения порфиринового макроцикла. Наряду с методами, предложенными в последние годы, достаточно широко используются способы, разработанные в 20-30 годы. Новые методы, потеснив старые, полностью их не исключили. Такое, в общем, не характерное для иных классов биологически-активных соединений, состояние связано, главным образом, с тем, что синтез порфиринов зависит от характера имеющихся в порфирине заместителей и их расположения в макроцикле.
Методы, позволяющие получать сравнительно простые порфирины, совершенно не применимы к более сложным природным порфиринам. И напротив, общие методы, предложенные в последние годы, нецелесообразно применять для получения ряда порфиринов, включая и некоторые природные, поскольку в этом случае неоправданно усложняется синтез исходных пирролов [43].
Синтез порфиринов можно осуществлять двумя основными методами:
1) синтез функциональных порфиринов из непорфириновых предшественников;
2) синтез функциональных порфиринов из заранее полученных незамещенных порфиринов.
Сначала рассмотрим первый, наиболее распространенный, метод получения порфиринов.
2.2.1. Метод Адлера-Лонго.
Метод Адлера-Лонго разрабатывался в середине ХХ века, его часто используют для получения несимметричных замещенных тетраарилпорфиринов. Главной особенностью метода является получение полностью мезо — замещенного порфирина, в мезо‑ положение можно ввести как ароматические заместители [44,45], так и алифатические [46].
Суть метода заключается в конденсации α–незамещенного пиррола с альдегидом, при этом в конденсацию можно вводить смесь различных пирролов и альдегидов, но при этом образуется смесь из всех возможных комбинаций порфиринов и расширенных порфириновых циклов, содержащих 5 и более пиррольных фрагментов [47,48].
Монопиррольная тетрамеризация широко используется, когда целевым является высокосимметричный порфирин, например октаэтилпорфирин или тетрафенилпорфирин, при этом в конденсацию вводят пирролы, у которых в одном из a-положений находится метиленовая группа с легко уходящим остатком, а другое – свободно [49,50].
В последние годы были разработаны методы получения несимметричных порфиринов данным способом, но они требуют тщательного хроматографического разделения продуктов реакции [51].
Тем не менее, оказалось возможным предсказать образование требуемого порфирина, если использовать пиррол, содержащий во втором положении такую уходящую группу, которая была бы настолько реакционноспособна, чтобы ее можно было заместить без кислотного катализа, а образующийся порфириноген быстро бы окислялся в порфирин. Идеальной уходящей группой оказалась диметиламинометильная группа, благодаря которой конденсацию можно проводить действительно в нейтральных условиях. Более того, оказалось возможным получить региохимически чистый порфирин (с одинаковыми пиррольными кольцами напротив друг друга) при использовании пиррола с двумя диметиламинометильными группами и пиррола, не содержащего заместителей в a-положениях пиррольного цикла, выход составил 10-20% [52].
При необходимости реакционную способность диалкиламинометильной группы увеличивают путем проведения реакции кватернизации, при этом выход порфириновой конденсации увеличивается до 20%.
2.2.2. “2+2” порфириновый синтез.
Этот метод основан на конденсации двух молекул дипиррометанов. Существенным преимуществом синтезов порфиринов через дипирролилметаны является то, что последние получаются с достаточно высокими выходами, особенно при наличии электронодонорных заместителей в пиррольном цикле [53].
Первоначальный метод Макдональда включал использование одного дипиррометана, содержащего две формильные группы в α‑положениях и другого α‑свободного или содержащего карбоксильные группы дипиррометана [33,54,55].
<shape id="_x0000_i1048" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image047.wmz» o:><img width=«524» height=«225» src=«dopb204572.zip» v:shapes="_x0000_i1048">
Линдсей с соавторами синтезировали порфирины, содержащие 4 различных мезозаместителя, с помощью модифицированного метода Макдональда [56,57]. В качестве заместителей в мезо- положениях выступали алкил- и галоген замещенные бензолы, выход требуемого продукта достаточно высок для порфиринового синтеза и составил 14%.
<shape id="_x0000_i1049" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image049.wmz» o:><img width=«585» height=«303» src=«dopb204573.zip» v:shapes="_x0000_i1049">
Оно и сотрудники использовали 5,5’-бис(гидроксиметил)дипиррометаны для получения несимметричных порфириновых димеров [58]. Андерсон синтезировал порфириновые димеры, используя замещенные дипиррометан и триметилсилилпропиналь, как один из углеродных фрагментов. Несимметричные мезо-арилпорфирины с заместителями в β‑положениях пирольного цикла также были синтезированы данным способом. Огоши с соавторами синтезировали 5,15-дифенил-10-р-хлорфенил-2,3,17,18-тетраэтилпорфирин с выходом 9% [59].
Другой модификацией этого метода является синтез Смита, заключающийся в конденсации α‑свободных дипиррометанов и ароматического альдегида [60,61]. Возможна конденсация двух молекул пиррометана, содержащего в одном из α‑положений карбонильную группу, при этом получаются зеркальносимметричные порфирины. В последние годы в качестве углеродного фрагмента, соединяющего две молекулы пиррометана, используют не только ароматические альдегиды, но и, например известны синтезы, в которых в конденсацию вводят карбальдегиды ферроцена, выход этих реакций достигает 50% [62]. Порфирины, полученные этим способом, например, мезо-тетракис(1,3-диметилимидазол-2-ил)порфирин и мезо-тетракис(1,2-диметилпиразол-4-ил)порфирин, способны различным путем встраиваться в молекулу ДНК и могут быть использованы в качестве молекулярного транспорта [63].
<shape id="_x0000_i1050" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image051.wmz» o:><img width=«420» height=«432» src=«dopb204574.zip» v:shapes="_x0000_i1050">
Смит и сотрудники синтезировали мезоарил-замещенные порфирины, состоящие из двух зеркально‑симметричных фрагментов. Авторами были получены тетраарилпорфирины с различными арильными заместителями по ниже приведенной схеме. 5,15-Ди(4-толил)-10,20-дифенилпорфирин получают данным способом с 31% выходом, а 5,15-бис(4-фторо-3-метилфенил)-10,20-(4-метоксифенил)порфирин – с выходом 24% [60,64].
<shape id="_x0000_i1051" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image053.wmz» o:><img width=«591» height=«704» src=«dopb204575.zip» v:shapes="_x0000_i1051">
В дипирролилметане (34), имеющем две близкие по реакционной способности группы в положениях 5 и 5’, проводят активацию формильной группы, превращая ее через основание Шиффа (35) в тиоальдегид (36). Конденсация соединений (36) и (37), проводимая в мягких условиях, приводит лишь к одному соединению (38), замыкание и перегруппировка последнего приводят к хлорину (39) с высоким выходом.
2.2.2.1 Синтез порфиринов через b-билены.
В настоящее время известно значительное число методов получения как частично симметричных, так и полностью несимметричных порфиринов через b-билены.
Этот метод достаточно широко используется для синтеза сложных порфиринов, этому способствует ряд обстоятельств: а) более легкий синтез исходных дипирролилметанов по сравнению с получением аналогичных 5,5’-диалкоксикарбонильных соединений, которые необходимы в методе Макдональда; б) отсутствие гексапирродиенов при синтезе биленов; в) возможность получения полностью несимметричных порфиринов. Следует отметить, что при синтезе диацетилпорфирина было показано, что при получении порфиринов с одной и особенно с двумя электроотрицательными группами синтез биленов надо планировать таким образом, чтобы эти заместители находились в крайних пиррольных кольцах. При наличии подобных заместителей в дипирролилметановом фрагменте билена повышалась чувствительность метинового мостика к электрофильным реакциям. Возможность побочных реакций особенно возрастала, когда два таких заместителя расположены в противоположных пиррольных кольцах. С учетом сказанного был синтезирован замещенный цитопорфирин (40), который является ключевым соединением при получении порфирина α, выход составил 30%.
<shape id="_x0000_i1052" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image055.wmz» o:><img width=«602» height=«488» src=«dopb204576.zip» v:shapes="_x0000_i1052">
В заключение можно отметить, что использование b‑биленов в качестве промежуточных соединений позволяет получать широкий круг порфиринов с различными заместителями. Среди недостатков этого метода следует отметить недостаточную устойчивость b-биленов и их подверженность нежелательным превращениям.
2.2.2.2. Циклизация а, с-биладиенов.
Биладиены, среди прочих тетрапиррольных структур, играют важную роль в природе (желчные пигменты и протеины) и являются интермедиатами в синтетических подходах к природным порфиринам [65]. В 1966 году Джонсон предложил оригинальный метод синтеза порфиринов, который позволяет получать как симметричные, так и несимметричные порфирины [66].
<shape id="_x0000_i1053" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image057.wmz» o:><img width=«407» height=«593» src=«dopb204577.zip» v:shapes="_x0000_i1053">
Данный способ нашел применение для алкилзамещенных порфиринов. Выход выше изображенного порфирина на последней стадии составил ~ 70%. На основе а, с- биладиенов также были синтезированы производные мезо-аминопорфирина при аномальной циклизации 1,19-диметил-а, с-диметил-а, с-биладиенов с Cu(OAc)2 в ДМФА, причем мезо-углеродный атом порфиринового макроцикла образуется из карбонильного углерода ДМФА [8,67,68].
<shape id="_x0000_i1054" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image059.wmz» o:><img width=«614» height=«514» src=«dopb204578.zip» v:shapes="_x0000_i1054">
2.2.3. “3+1” порфириновый синтез.
Этот способ позволяет получать как симметричные, так и несимметричные порфирины и их аналоги, причем, выход может достигать отличных для порфиринового синтеза значений ‑ 40-50% [69]. Метод состоит в конденсации трипирана с 2,5‑диформилпирролом [70] или 2,5-бис[(N,N-диметиламино)метил]пирролом [52,71]. Синтез с 2,5‑диформилпирролом используется наиболее часто, его проводят, когда исходные субстраты способны выдержать условия кислотного катализа, либо при однозначном образовании одного изомера порфирина или возможности легкого разделения смеси изомеров. Недостатком выше описанного метода, являлась сложность синтеза 2,5‑диформилпирролов, однако в последние годы был разработан достаточно простой и надежный способ позволяющий получать пиррол дикарбальдегиды с хорошим выходом [6,70,72,73].
Другим возможным вариантом «3+1» порфиринового синтеза является использование 2,5‑бис[(N,N‑диметиламино)метил]пиррола, при этом реакция проводится в более мягких условиях, за счет чего достигается образование одного изомера порфирина, а не всех возможных как при использовании 2,5‑диформилпирролов [52]. При помощи этого метода стало возможным синтезировать азапорфирины, содержащие в качестве одного из пиррольных циклов имидазольный фрагмент, с удовлетворительным выходом [71].
<shape id="_x0000_i1055" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image061.wmz» o:><img width=«630» height=«596» src=«dopb204579.zip» v:shapes="_x0000_i1055">
3. Обсуждение результатов.
Порфириновые макроциклы сопряженные по b-положениям пиррольного кольца с ароматическими и гетероциклическими системами нашли применение в качестве молекулярных зондов, высокоэффективных катализаторов, фотосенсоров в фотодинамической терапии рака и красителей поглощающих в ближнем ИК диапазоне спектра. Целью данной работы является поиск подходов к синтезу сопряженной системы пиррола с гетероциклическим фрагментом для последующего введения ее в порфириновый цикл.
Из литературных источников известно, что существует несколько подходов к синтезу порфиринового макроцикла, наиболее часто используемыми являются методы “2+2” и “3+1. Последний метод был выбран как наиболее подходящий. Для его реализации необходимо было синтезировать b-алкил или b-незамещенный трипиран и пиррол, содержащий в b-положениях функциональные заместители. С этой целью был синтезирован трипиран по следующей схеме: <shape id="_x0000_i1056" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image063.wmz» o:><img width=«627» height=«523» src=«dopb204580.zip» v:shapes="_x0000_i1056"> Алкилирование ацетилацетона проводили по стандартной методике — с применением на первой стадии этилата натрия и последующей обработкой метилиодидом при 400 в течение 1 часа, выход 3–метил–2,4–пентандиона (41) составил 48%. Синтез 2‑карбоэтокси-3,4,5‑триметилпиррола (43) проводили из 3-метил-2,4-пентандиона (41) и изонитрозомалонового эфира (42) конденсацией в уксусной кислоте в присутствии цинка и ацетата натрия при нагревании до 900 в течение 1 часа, выход продукта составил 71%. 2‑ацетоксиметил–3,4–диметил–5–карбоэтоксипиррол (44) получали окислением 2‑карбоэтокси-3,4,5-триметилпиррола (43) тетраацетатом свинца в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида при комнатной температуре в течение 2 часов, выход 2‑ацетоксиметил–3,4–диметил–5–карбоэтоксипиррола (44) составил 82%. Синтез 1,14-дикарбоэтокси-2,3,12,13-тетраметил трипирана (45) проводили конденсацией в метаноле 1 эквивалента пиррола и 2 эквивалентов 2‑ацетоксиметил–3,4–диметил–5–карбоэтоксипиррола (44) в присутствии толуолсульфокислоты при нагревании до 600 в течение 7 часов, выход 1,14-дикарбоэтокси-2,3,12,13-тетраметил трипирана (45) составил 51%. Все синтезированные продукты были охарактеризованы спектральными методами и были определены их физико-химические константы.
Следующим этапом работы была разработка методов получения монопиррольных интермедиатов для получения сопряженной системы, включающей два гетероциклических фрагмента. Из литературных данных известно, что существует 2 подхода к синтезу сопряженной системы пиррола с гетероциклическим фрагментом:
1. К готовому гетероциклическому фрагменту, используя реакцию Бартона-Зарда, присоединяют пиррольный цикл.
2. К готовому пиррольному циклу, имеющему функциональные группы в b-положениях наращивают гетероциклический фрагмент.
На основе первого подхода было решено провести конденсацию 2-метил-6-нитробензотиазола (47) и этилового эфира изоциануксусной кислоты (51) в присутствии сильных ненуклеофильных оснований, т.е. в условиях реакции Бартона-Зарда [7,20,21].
Нитрование 2-метилбензотиазола (46) проводили нитрующей смесью при нагревании до 900 в течение 5 часов, выход 2-метил-6-нитробензотиазола (47) составил 20%.
<shape id="_x0000_i1057" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image065.wmz» o:><img width=«435» height=«104» src=«dopb204581.zip» v:shapes="_x0000_i1057">
Исходным соединением в синтезе этилового эфира изоциануксусной кислоты (51) являлся глицин (48), который превращали в хлоргидрат глицинэтилового эфира (49) действием тионилхлорида в этаноле при кипячении с обратным холодильником в течение 2 часов. Выход продукта составил 94%. Полученный хлоргидрат глицинэтилового эфира (49) кипятили в этилортоформиате в присутствии толуолсульфокислоты и триэтиламина в течение 20 часов. Получили этиловый эфир N-формилглицина (50) с выходом 66%, который после обработки POCl3 в триэтиламине и дал этиловый эфир изоциануксусной кислоты (51) с выходом 76%. Все синтезированные продукты были охарактеризованы спектральными методами и были определены их физико-химические константы [16]. <shape id="_x0000_i1058" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image067.wmz» o:><img width=«548» height=«233» src=«dopb204582.zip» v:shapes="_x0000_i1058">
Полученные 2-метил-6-нитробензотиазол (47) и этиловый эфир изоциануксусной кислоты (51) растворяли в абсолютном ТГФ и вводили в конденсацию в присутствии сильных оснований (условия проведения реакций и обработка приведены в таблице). Однако реакция протекала плохо, в основном возвращался исходный 2-метил-6-нитробензотиазол (47) и получалось множество продуктов, суммарный вес которых незначителен.
<shape id="_x0000_i1059" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image069.wmz» o:><img width=«560» height=«114» src=«dopb204583.zip» v:shapes="_x0000_i1059">
Реакция 2-метил-6-нитробензотиазола и этилового эфира изоциануксусной кислоты.
продолжение
--PAGE_BREAK--Использование данного подхода было признано не эффективным, таким образом, было решено перейти к второму подходу. Предполагалось присоединить тиазольный или имидазольный фрагмент по b-положениям пиррола. С этой целью необходимо было разработать удобные методы синтеза b,b’-диаминопиррола или b-галоген-b’-аминопиррола. Аминогруппы предполагалось получать путем восстановления нитрогрупп, и задача сводилась к получению нитропирролов.
Первоначально для нитрования был выбран 2,5-диметилпиррол (56), который был синтезирован по следующей схеме:
<shape id="_x0000_i1060" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image071.wmz» o:><img width=«643» height=«259» src=«dopb204584.zip» v:shapes="_x0000_i1060">
Алкилирование ацетоуксусного эфира (52) проводили бромацетоном (53), полученным предварительно с выходом 40% при обработке ацетона бромом в водной уксусной кислоте при 700 в течение 2 часов. Алкилирование ацетоуксусного эфира (52) проводили двумя способами: 1) с использованием катализатора межфазного переноса [74]; 2) по стандартной методике с использованием этилата натрия. Выход реакции алкилирования по первому методу составил 20%, а по второму – 53%, поэтому для наработки ацетонилацетоуксусного эфира (54) был выбран последний способ. Полученный ацетонилацетоуксусный эфир (54) декарбоксилировали при кипячении с обратным холодильником в течение 1 часа 20% водным раствором поташа. Выход 2,5-гександиона (55) составил 65%. Замыкание полученного 2,5-гександиона (55) в пиррольный цикл проводили ацетатом аммония в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида при комнатной температуре в течение 0,5 часа. Выход 2,5-диметилпиррола (56) составил 57%. Нитрование 2,5-диметилпиррола (56) проводили при –550 смесью 92% HNO3 и уксусного ангидрида, однако, даже в таких мягких условиях произошло раскрытие цикла, и в качестве продукта был выделен 2,5-гександион (55). Все синтезированные продукты были охарактеризованы спектральными методами и были определены их физико-химические константы. Так как известно, что введение акцепторных заместителей приводит к стабилизации пиррольного цикла, поэтому было решено вводить нитрогруппы в пиррол, содержащий акцепторные группы. С этой целью в качестве соединения для введения нитрогрупп был выбран 2,5-диформилпиррол (61). Существующие методики получения 2,5-диформилпирролов [75-82] отличаются многостадийностью, малой доступностью исходных реагентов и умеренными выходами. Поэтому необходимо было разработать простой и эффективный метод получения этого соединения. В качестве исходного соединения был выбран пиррол. Введение первой формильной группы не представляет труда и описано в литературе [83]. Формилирование пиррола (57) проводили по стандартной методике комплексом Вильсмеера при 350 в течение 0,5 часа, гидролиз проводили при кипячении в водном растворе ацетата натрия в течение 0,5 часа, выход 2-формилпиррола (58) составил 64%. Прямое формилирование 2-формилпиррола (58) приводит главным образом к 2,4-диформилпирролу и к 0,3% 2,5-диформилпиррола (61) [75]. Для введения альдегидной группы в 5-положение необходимо было ввести группу с одной стороны направляющую в это положение, а с другой стороны легко снимаемую в результате обработки. В качестве такой группы была выбрана дикарбоэтоксивинильная группа. 2-(Пиррол-2-илметилен)малоноат (59) получали при кипячении в бензоле 2-формилпиррола (58) и диэтилмалонового эфира в присутствии пиперидина и уксусной кислоты в течение 1 часа. Продукт без дополнительной очистки был направлен на следующую стадию. <shape id="_x0000_i1061" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image073.wmz» o:><img width=«599» height=«308» src=«dopb204585.zip» v:shapes="_x0000_i1061">
Формилирование 2-(пиррол-2-илметилен)малоноата (59) проводили комплексом Вильсмеера при 400. В зависимости от условий проведения гидролиза полученной соли возможно выделить продукт формилирования без снятия защитной группы. Так при проведении гидролиза насыщенным раствором ацетата натрия при комнатной температуре образуется 2‑[(5‑формилпиррол-2-ил)метилен]малоноат (60) с выходом 55%, который был полностью охарактеризован спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf = 0,7 (Хл: МеОН 9:1); ТПЛ = 98–1000; ПМР d (м.д.): 1.31–тр. (3H; CH2CH3, J=7.26 Гц); 1.37–тр. (3H; CH2CH3, J=7.26 Гц); 4.30–кв. (2H; CH2, J=7.26 Гц); 4.38–кв. (2H; CH2, J=7.26 Гц); 6.68–д.д. (1H; CH, J=2.14 Гц); 6.94–д.д. (1H; CH, J=2.14 Гц); 7.57–c. (-CH=C); 9.65‑с. (CHO); 11.53‑уш.c. (1H; NH); 13С‑ЯМР d (м.д.): 13.88 (OCH2CH3); 13.99 (OCH2CH3’); 61.60 (О‑CH2); 62.11 (О‑CH2’); 119.53 (=С-); 120.49 (С‑4); 121.92 (С-3); 131.85 (C-5); 134.09 (-C=); 135.63 (C-2); 163.30 (С=О); 166.66 (С=О’); 179.78 (CHO). ИК (вазелиновое масло) n (cм‑1): 3300, 1730, 1700, 1670, 1620, 1550. Масс-спектр m/z (%): 265 (71%), 173 (100%), 145 (46%), 119 (30%), 91 (28%), 65 (30%), 39(15%).
При гидролизе с применением 3М NaOH и кипячении в течение 1 часа образуется 2,5-диформилпиррол (61) с выходом 53%, который был охарактеризован спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf = 0,3 (Хл: МеОН 9:1); ТПЛ = 112–1140; ПМР d (м.д.): 7.02–д. (2H; CH, J=2 Гц); 9.77‑с. (2H; CHO); 10.38‑уш.c. (1H; NH); ИК (вазелиновое масло) n (cм‑1): 3140, 1720, 1700. Масс-спектр m/z (%): 123 (65%), 94 (18%), 66 (60%), 39(100%).
Полученный 2,5-диформилпиррол (61) предполагалось пронитровать в b-положение. В качестве нитрующего агента использовали смесь 98% HNO3 и уксусного ангидрида. По литературным данным известно, что пиррольный цикл, содержащий акцепторные группы должен быть устойчив в указанных условиях. Действительно разрушения цикла не происходило, однако одна из альдегидных групп окислилась, о чем свидетельствует спектр ПМР выделенного продукта (62): ПМР (CDCl3-CD3OD) d (м.д.): 6.15–д. (1H; CH, J=4 Гц); 6.68–д. (1H; CH, J=4 Гц); 7.94‑с. (1H; CHO).
<shape id="_x0000_i1062" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image075.wmz» o:><img width=«414» height=«236» src=«dopb204586.zip» v:shapes="_x0000_i1062">
Поэтому было решено проводить реакцию нитрования 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63). Данный пиррол был получен конденсацией ацетонилацетоуксусного эфира (54) ацетатом аммония в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида при комнатной температуре в течение 20 минут с выходом 76%, характеристики полученного продукта совпали с литературными данными [84].
<shape id="_x0000_i1063" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image077.wmz» o:><img width=«446» height=«115» src=«dopb204587.zip» v:shapes="_x0000_i1063">
На этот раз прямое нитрование решили не использовать, так как велика вероятность раскрытия цикла и нитрогруппу решили вводить реакцией замещения галогена в b-положении на нитрогруппу при помощи нитрита серебра. Реакцию проводили двумя способами:
1) одностадийный метод с использованием нитрита серебра и йода в ацетонитриле;
2) двух стадийный метод, включающий первоначальное введение галогена, который затем замещается на нитрогруппу.
<shape id="_x0000_i1064" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image079.wmz» o:><img width=«474» height=«332» src=«dopb204588.zip» v:shapes="_x0000_i1064">
По первому способу введение нитрогруппы проводили обработкой 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63) в ацетонитриле смесью нитрита серебра и йода в соотношении 2:1 при комнатной температуре в инертной атмосфере в течение 48 часов, выход 2,5-диметил-3-карбоэтокси-4-нитропиррола (65) составил 18%, соединение было полностью охарактеризовано спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf=0.5(ПЭ: ЭА 1:1); Тпл= 110-1120; ПМР(CDCl3) d (м.д.): 1.35 м.д.-тр.(3Н, СН2‑СН3, J=7.1Гц); 2.35 м.д.-с.(3Н, СН3 ); 2.48 м.д.-с.(3Н, СН3); 4.32 м.д.-кв.(2Н, СН2-СН3, J=7.1Гц); 8.91 м.д.-уш.с.(1Н, NH). ИК(вазелиновое масло) n (см–1): 3300, 1720, 1680, 1600. Масс-спектр m/z(%): 212 (19%), 166 (40%), 122 (43%), 92 (45%), 66 (28%), 54 (19%), 42 (100%).
По второму способу сначала необходимо было получить b-галогензамещенный пиррол. Иодирование 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63) проводили в водно-метанольной смеси йодом в присутствии KI и поташа при 650 в течение 1,5 часов, выход 2,5-диметил-3-йод-4-карбоэтоксипиррола (64) составил 80%, соединение было полностью охарактеризовано спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf = 0,7 (Г: ЭА 1:1); ТПЛ =116-1200; ПМР (CDCl3) d (м.д.):1.34-тр. (3H; -CH2CH3; J=7.24 Гц) 2.22–с. (3H; CH3); 2.47–c. (3H; CH3); 4.26–кв. (2H; CH2; J=7.24 ГцРРHHsss); 8.18‑уш.c. (1H; NH). 13С‑ЯМР (CDCl3) d (м.д.): 13.89 (2-CH3); 14.19 (3-CH3); 14.30 (OCH2CH3); 59.58 (C-I); 63.03 (‑CH2-); 129.48 (C-5); 129.55 (C-4); 135.58 (C-2); 164.62 (C=O). ИК(вазелиновое масло) n (см‑1): 3256, 1675, 1217, 1099, 1029, 773. Масс спектр m/z (%): 293 (40%), 279 (20%), 264 (42%), 248 (28%), 219 (8%), 127 (12%),122 (25%), 93 (30%), 67 (35%), 51 (55%), 42 (100%).
Реакцию замещения йода на нитрогруппу проводили при кипячении 2,5-диметил-3-йод-4-карбоэтоксипиррола (64) с нитритом серебра в ацетонитриле в течение 2 часов, выход 2,5-диметил-3-карбоэтокси-4-нитропиррола (65) составил 47%. Таким образом, второй метод оказался более предпочтительным, так как суммарный выход по этому способу составляет 37%, а по первому методу — 18%.
Также предполагалось омылить и декарбоксилировать полученный 2,5-диметил-3-йод-4-карбоэтоксипиррол (64) для дальнейшего введения нитрогруппы, однако омыление в различных условиях приводило лишь к отщеплению йода (условия проведения реакций и обработка приведены в таблице).
<shape id="_x0000_i1065" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image081.wmz» o:><img width=«445» height=«101» src=«dopb204589.zip» v:shapes="_x0000_i1065">
Омыление 2,5-диметил-3-иод-4-карбоэтоксипиррола.
Омыляющий реагент.
V, (мл)
Растворитель
V (на 0,5 г пиррола, мл)
Условия реакции, обработка.
Время реакции.
Продукт реакции омыления.
H3PO4
2 мл
–
–
1200
30 мин.
Выделяется I2, пиррол осмоляется.
20% раствор NaOH
2.16 мл
MeOH
4 мл
Кипячение, подкисляют конц. HCl
5,5 ч.
– “ – “ –
20% раствор NaOH
2.16 мл
MeOH
4 мл
Кипячение, подкисляют H3PO4: H2O 1:5
4 ч.
– “ – “ –
H2SO4 конц.
1.5 мл
–
–
400, промывают водой
30 мин.
– “ – “ –
30% раствор NaOH
2.16 мл
MeOH
5 мл
Кипячение, подкисляют конц. HCl
2 ч.
– “ – “ –
H2SO4 конц.
1.5 мл
–
–
200, промывают водой
2 ч.
– “ – “ –
Для синтеза нитро-галогензамещенного пиррола было решено использовать метод, описанный выше, поэтому необходимо было синтезировать b,b’-дийодпиррол.
<shape id="_x0000_i1066" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«41954.files/image083.wmz» o:><img width=«461» height=«336» src=«dopb204590.zip» v:shapes="_x0000_i1066">
Указанное соединение получали в две стадии: первоначально проводили омыление 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63) кипячением с 30% NaOH в метаноле в течение 9 часов, выход 2,5-диметил-3-карбоксипиррола (66) составил 65%; иодирование проводили в водно-метанольной смеси йодом в присутствии KI и поташа при 650 в течение 1,5 часов, выход 2,5-диметил-3,4-дийодпиррола (67) составил 45%. Соединение было охарактеризовано спектральными методами и физико-химическими методами и имеет следующие характеристики: Rf = 0,8 (Г: ЭА 1:3); ТПЛ =116-1200 (разл.); ПМР d (м.д.): 2.28–с. (6H; CH3); 8.01‑уш.c. (1H; NH); Масс спектр m/z (%): 347 (100%).
Реакцию замещения йода на нитрогруппу проводили по отработанной методике — при обработке 2,5-диметил-3,4-дийодпиррола (67) с нитритом серебра в ацетонитриле в течение 24 часов при комнатной температуре. В результате хроматографирования на колонке с силикагелем, было выделено 3 продукта (А, Б, В), которые были проанализированы с помощью Н1‑ЯМР спектроскопии. ПМР (CD3OD) d (м.д.): (А)‑ 2.21-с.(1Н); 2.54-c. (1H). (Б)- 1.45-c.(4H); 1.47-c.(18H); 2.18-c.(6H); 2.41-c.(4H); 3.35-c.(4H). (B)-1.43-c.(9H); 1.46-д.(2H); 1.62-c.(1H); 1.87‑c.(1H); 1.98-д.(2H); 2.42-c.(3H); 3.34-c.(3H); 6.51-c.(3H).
Основным является продукт (А) в ПМР-спектре которого наблюдалось 2 синглета одинаковой интенсивности в области 2.21 и 2.54 м.д., что позволило предположить о наличие двух неэквивалентных метильных группы в пиррольном кольце. Полученное соединение было проанализировано с помощью масс-спектрометрии MALDI… Масс спектр m/z (%): 404 (100%); 388 (70%); 246 (42%). Полученные значения для молекулярных ионов оказались неожиданно высокими, что позволило предположить о наличии сложных структур, включающих в себя Ag+, что в последующем было подтверждено качественной реакцией на ионы серебра. Однако для установления структуры полученных комплексных соединений требуются дополнительные исследования.
4. Охрана труда
Введение
Работа на химических производствах связана с использованием агрессивных жидкостей и газов, высоких температур и других опасных и вредных факторов, влияющих на организм человека, поэтому необходимо уделять большое внимание вопросам охраны труда и защиты окружающей среды. Под охраной труда понимают систему мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособность человека в процессе труда. Охрана труда является неотъемлемой частью производственной деятельности и должна обеспечиваться на всех стадиях технологического процесса. Особенно важно учесть все вредные факторы при работе химика-технолога, труд которого неизбежно связан с токсическими и пожароопасными веществами. В ходе разработки методов синтеза и анализа новых препаратов, создания новых технологий должны быть тщательно продуманы все меры предосторожности, позволяющие исключить воздействие на человека опасных и вредных производственных факторов, обеспечить снижение травматизма и профессиональных заболеваний, обеспечить охрану окружающей среды.
Проведение любой научно-исследовательской работы в химической лаборатории неразрывно связано с приобретением необходимых навыков безопасной работы, изучением и последовательным соблюдением норм и правил техники безопасности, заботой об улучшении и оздоровлении условий труда, что очень актуально в настоящее время.
Рассматриваемая магистерская диссертация, посвященная синтезу пиррольных интермедиатов для высоко сопряженных порфиринов, выполнена на кафедре ХТТОС МГАТХТ им. М.В.Ломоносова. Ниже анализируются токсичные и пожароопасные свойства веществ, использованных в работе, а также условия, при которых проводился эксперимент и необходимые меры по охране труда.
Токсические и пожароопасные свойства веществ.
Под токсичностью химических веществ подразумевают их способность вызывать нарушения нормальной жизнедеятельности, приводить к патологическим изменениям в организме или вызывать гибель живого организма. Для характеристики вредности вещества применяется система ПДК в воздухе рабочей зоны. Пожароопасность определяется тем, что в работе используются легковоспламеняющиеся и горючие жидкости. В настоящей работе использовались пожароопасные и токсичные вещества. Все работы с ними проводились в вытяжном шкафу при полном отсутствии огня.
Токсикологические характеристики, величины ПДК и пожароопасные свойства веществ, используемых в работе, приведены в таблицах 1,2.
Таблица 1. Токсические свойства веществ [85,86].
продолжение
--PAGE_BREAK--Таблица 2. Пожароопасные свойства веществ [86,87].
Наименование веществ
Плотность пара по воздуху
Температура, 0С
Пределы воспламенения Вспышки
Воспламенения
Самовоспламенения
Температурные,0С
Концентрационные %
нижний
верхний
нижний
верхний
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ацетон
2,0
-18
-5
465
-20
6
2,9
13
Ацетонитрил
1,41
6
---
> 450
3
---
4,1
---
Ацетоуксусный эфир
---
55-72
80
340
40
65
---
---
Бензол
2,77
-11
---
634
-14
13
1,4
7,1
Гексан
3
-20
-20
---
-26
4
1,2
7,5
Гептан
3,5
-4
-3
202
---
---
1,1
6,7
ДМСО
1,001
87
97
215
---
---
2,8
---
Диэтиловый. эфир
2,6
-41
25
164
-45
13
1,7
49
Изопропиловый спирт
2,1
-14
---
400
2
12
8
37
Метанол
1.1
8
13
464
7
39
6
34,7
Пиперидин
2,9
16
---
---
---
---
1,39
---
Толуол
3,2
4
---
536
0
30
1,3
6,7
Хлористый тионил
4,1
---
---
555
---
---
---
---
Уксусная кислота
2,1
38
---
---
35
76
3,3
22
Уксусный ангидрид
3,5
40
---
360
37
75
1,21
9,9
Хлористый метил
3
14
---
580
---
---
12
22
Четыреххлористый углерод
5,3
Пары CCl4 оказывают ингибирующее действие на горение многих органических веществ. Минимальная гасительная концентрация-10,5%, т.к. может содержать фосген не применяется в качестве огнегасительного средства.
Этанол
1,59
16
18
404
11
41
3,6
17,7
Таблица 3. Обобщенный анализ потенциальных опасностей.
Обоснование мер предосторожности при проведении потенциально опасных операций.
1. При взвешивании аналитических эталонов рекомендуется:
§ обеспечить эффективную вентиляцию;
§ носить перчатки и лабораторный халат;
§ принимать меры для предотвращения вдыхания взвешенных частиц и контакта со ртом;
§ в случае загрязнения следует немедленно промыть кожу, одежду или загрязненную поверхность водой.
2. При работе с ЛВЖ необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
§ не допускать попадания горючих газов в атмосферу;
§ при проведении процессов, связанных с нагреванием, пользоваться эффективными водяными холодильниками;
§ работу проводить в круглодонных колбах из тугоплавкого стекла;
§ диэтиловый эфир способен при хранении образовывать взрывоопасные перекиси. С целью удаления перекисных соединений проводить очистку растворителя пирогаллолом;
§ во избежание разлива ЛВЖ и возгорания, большие количества растворителей переливать без плесканий, пользуясь специальной воронкой.
3. При работе с кислотами и щелочами следует пользоваться резиновыми перчатками и защитными очками, так как эти вещества могут вызвать ожоги кожи. При попадании растворов кислот и щелочей на кожу пораженное место нужно промыть струей холодной воды и обработать раствором соды (при попадании кислоты) или борной кислоты (при попадании щелочи).
4. Работа с вакуумом требует соблюдения следующих мер предосторожности:
§ не использовать в установках плоскодонные колбы и склянки, кроме специально предназначенных для работы при пониженном давлении;
§ использовать для работы приборы, изготовленные из специального молибденового стекла;
§ проверять используемую стеклянную посуду на наличие видимых дефектов (трещин, пузырей и др.).
5. В работе использовались различные электроприборы: нагреватели, магнитные мешалки, весы, роторный испаритель.
Основными мерами предотвращения поражений электрическим током в лаборатории являются защита от прикосновения к находящимся под напряжением частям электрооборудования и применение защитного заземления.
Электробезопасность.
Лаборатория кафедры ХТТОС МГАТХТ им. М.В.Ломоносова по классификации помещений по степени опасности поражения электрическим током относится к помещениям без повышенной опасности, так как помещение сухое (с влажностью не более 60%), с нормальной температурой не выше 25о С, с изолированными полами (линолеум) [88,89].
При использовании в лабораторной работе электроустановок запрещалось:
§ вскрывать электроплитки;
§ проводить включение электроприборов вблизи ЛВЖ;
§ применять для подключения электропотребителей проводники с поврежденной изоляцией;
§ оставлять включенные приборы без присмотра.
При работе в лаборатории использовались следующее электрооборудование: электронагреватели, магнитные и механические мешалки, роторный испаритель, прибор для определения температуры плавления. При их применении контролировались: наличие защитного зануления, наличие заземления, исправность оборудования, соответствие напряжения в сети напряжению для данного прибора.
Оборудование в лаборатории было снабжено защитным занулением, при этом части электроустановок присоединялись к многократно заземленному нулевому проводу, а для снятия статического электричества-заземлением. Была предусмотрена система тройных тумблеров для включения оборудования в электрическую сеть.
Для обеспечения электробезопасности не применялись плитки с открытой спиралью, которые могли бы привести к аварийной ситуации.
Санитарно-гигиенические условия.
Помещение, в котором выполнялась экспериментальная часть магистерской диссертации, характеризовалось малым тепловыделением, работа классифицировалась как легкая [89].
Работа с токсическими и взрывопожароопасными веществами проводилась под тягой, лаборатория была оснащена двумя вытяжными шкафами. Скорость воздуха под тягой в соответствии с паспортными данными составляла не менее 0,7 м/сек., что обеспечивает унос вредных паров с поверхности жидкости. Нормальные санитарно-гигиенические условия в лаборатории обеспечивались нормальной работой приточно-вытяжной вентиляции с кратностью обмена воздуха 2,5.
В лаборатории имелась аптечка медицинская с комплектом средств для оказания первой помощи.
Проводимая в лаборатории работа не требует высокой точности, коэффициент естественной освещенности не менее 1% на самом удаленном от окна рабочем месте. Естественное освещение в лаборатории — боковое. Коэффициент естественной освещенности по СНиП II-4-79 — 1,5. Естественное освещение дополняется искусственным, которое обеспечивается на местах люминесцентными лампами. Освещенность на рабочем месте составляет не менее 100 лк.
Во время выполнения экспериментальной работы образовывались отходы, которые можно разделить на органические и неорганические, жидкие и газообразные. Перед сливом неорганические отходы нейтрализовывали, многократно разбавляли водой и сливали в канализацию. Органические жидкие отходы по возможности регенирировали, перегоняя их, и использовали повторно. Если это было неосуществимо, то отходы собирали в специальные емкости, которые затем уничтожали в общеинститутских масштабах. Условия труда в лаборатории соответствовали санитарным нормам [86,90].
Пожарная опасность в лаборатории и средства пожаротушения.
Необходимые для повседневной работы ЛВЖ и ГЖ (суточная норма не более 1 л) хранились в плотно закрывающихся металлических ящиках, выложенных изнутри асбестом. Концентрированные кислоты и щелочи-в вытяжных шкафах на специальных полках. Реактивы, нестойкие при комнатной температуре, хранились в холодильнике.
Хранение в лаборатории разных групп реактивов требует обязательного соблюдения порядка их совместного хранения.
В соответствии с ОНТП 24-86 лаборатория относится к категории «В», так как работа проводится с большим количеством жидкостей, имеющих температуру вспышки ниже 28 оС, которые не могут, однако, образовывать взрывоопасные концентрации во всем объеме лаборатории [88].
По взрывоопасности в соответствии с ПУЭ лаборатория относится к классу «В-1б», так как имеющиеся в помещении горючие газы и легковоспламеняющиеся жидкости используются в небольших количествах, без применения открытого пламени, и работа с ними проводится в вытяжных шкафах [91].
Группа взрывоопасной смеси паров жидкостей, используемых в работе, по ПИВРЭ соответствует Т1 (температура самовоспламенения горючих веществ более 450 оС.)
Из средств пожаротушения в лаборатории имеются углекислотный огнетушитель, песок, асбестовое одеяло. Из средств индивидуальной защиты в лаборатории есть защитные очки и экраны, резиновые перчатки и фартук, противогаз марки ГП-5, аптечка.
5. Экспериментальная часть. Для идентификации синтезируемых соединений и контроля протекания реакций использовали ТСХ на пластинах “Silufol UV 254” в различных системах растворителей. Проявляли в парах йода или нагреванием до 120-1400 в течение 2-3 минут или под УФ-лампой. Спектры H1- и C13-ЯМР растворов анализируемых веществ снимали на спектрометрах “Bruker 200SY”(Германия) с рабочей частотой 200Мгц и 50 Мгц соответственно, и “Bruker DPX300”(Германия) с рабочей частотой 300Мгц и 75 Мгц соответственно. ИК-спектры в вазелиновом масле и тонком слое вещества снимали на спектрофотометре “Shimadzu IR‑435”(Япония). Масс-спектры снимали на масс-спектрометрах “Finnigan MAT INCOS 50”, метод- электронный удар 70 эВ и “Kratos PC-Kompact MALDI 4”, метод- испарение лазером. Температуру плавления определяли с помощью прибора для определения температуры плавления “Boetius” (Германия). Колоночную хроматографию проводили на силикагеле фирмы Merck Silica gel 60, использовали растворители с характеристиками ХЧ, ОСЧ или Dried. 3–Метил–2,4–пентандион (41). В трехгорлую колбу на 250 мл, снабженную термометром, обратным холодильником, мешалкой и воронкой для сыпучих веществ, вносят 108 мл абсолютного этанола и добавляют порциями 8,5 г (0,37 моль) Na до растворения. Воронку для сыпучих веществ заменяют на капельную воронку. Образовавшийся этилат натрия нагревают до 450 и добавляют по каплям при той же температуре 38 мл (0,37 моль) 2,4‑пентандиона. Полученный раствор охлаждают до 35‑400 и прибавляют по каплям 23 мл (0,37 моль) CH3I, таким образом, чтобы температура реакционной массы не превышала 400. Реакционную массу перемешивают в течение 1 часа при 350, затем спирт отгоняют, выпавший осадок NaI растворяют минимальным количеством воды, слои разделяют и водный слой экстрагируют диэтиловым эфиром. Эфирную вытяжку сушат MgSO4. Эфир отгоняют, а остаток перегоняют в вакууме. Получают 20,3 г (48 %) 3‑метил‑2,4‑пентандиона (41).
nD22=1.4440 Ткип=67–680/20–23 мм.
Лит.: nD20=1.4420 Ткип=172–1740 [92].
2–Карбоэтокси–3,4,5–триметилпиррол (43). 1) Изонитрозомалоновый эфир (42).
К раствору 25 мл (0,16 моль) диэтилмалонового эфира в 25 мл уксусной кислоты ксусной кислоты и охлаждении на водяной бане по каплям прибавляют раствор 30 г (0,45 моль) NaNO2 в 40 мл воды при комнатной температуре. Реакционную смесь перемешивают 2 часа при той же температуре. Изонитрозомалоновый эфир (42) отделяют от водного слоя в делительной воронке и без очистки направляют на следующую стадию.
2) 2–карбоэтокси–3,4,5–триметилпиррол (43).
В четырехгорлую колбу на 500 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, обратным холодильником и воронкой для сыпучих веществ, помещают раствор 12,8 мл (0,11 моль) 3‑метил‑2,4‑пентандиона (41) в 56 мл уксусной кислоты, одновременно высыпают смесь 24 г (0,36 моль) Zn пыли и 13,5 г (0,17 моль) CH3COONa и нагревают до 900. Воронку для сыпучих веществ заменяют на капельную воронку. В течение 1 часа при постоянном перемешивании и температуре 90–1000 добавляют по каплям раствор 35 мл полученного на предыдущей стадии продукта (42), в 36 мл смеси CH3COOH:H2O (2:1). Реакционную массу выдерживают 1 час при 900 и выливают в 0,5 л ледяной воды. Выпавший осадок отфильтровывают и промывают на фильтре теплой водой. Перекристаллизовывают из метанола. Получают 14,13 г (71%) 2‑карбоэтокси‑3,4,5‑триметилпиррола (43).
Rf =0,7 (Г: ЭА 3:2) ТПЛ = 114–1170 ПМР (CDCl3) d (м.д.): 1.32–тр. (3H; CH2–CH3, J=7.2 Гц); 1.89‑с. (3H;2–CH3); 2.16–с. (3H; 3–CH3); 2.23–с. (3H; 4–CH3); 4.25–кв. (2H; OCH2, J=7.2 Гц); 8.5‑уш.с. (1H,NH).
Лит.: ТПЛ =107–1080 [93]; ТПЛ = 124.5–125.50 [94]; ПМР(CDCl3) d(м.д.): 1.35–тр.(3H; CH2‑CH3, J=7.1 Гц); 1.89–с.(3H;2–CH3); 2.20–с.(3H; 3–CH3); 2.21–c.(3H; 4–CH3); 4.29–кв.(2H; OCH2, J=7.1 Гц); 9.30–с.(1H; NH). [38]. ИК (neat) n (cм‑1): 3294, 2992, 2922, 1679, 1441, 1278.[10]
2–Ацетоксиметил–3,4–диметил–5–карбоэтоксипиррол (44). 1) Тетраацетат свинца.
В трехгорлую колбу на 1 л, снабженную мешалкой и термометром, помещают 408 мл смеси CH3COOH:(CH3CO)2O (5:1) и нагревают до 400, затем прибавляют порциями 137 г (0,2 моль) Pb3O4 так, чтобы температура не превышала 650. Реакционную массу перемешивают при 60–650 до образования прозрачного раствора в течение 2 часов. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры, выпавший осадок отфильтровывают. Перекристаллизовывают из смеси CH3COOH:(CH3CO)2O (5:1) и сушат в эксикаторе. Получают 44,5 г (50%) Pb(OAc)4, который направляют на следующую стадию.
2) 2–ацетоксиметил–3,4–диметил–5–карбоэтоксипиррол (44).
В плоскодонной колбе на 100 мл смешивают 30 мл ледяной уксусной кислоты, 1,5 мл уксусного ангидрида и 5 г (0,028 моль) 2‑карбоэтокси‑3,4,5‑триметилпиррола (43), к полученной взвеси добавляют при комнатной температуре 6,1 г (0,014 моль) тетраацетата свинца. Реакционную смесь перемешивают 2 часа до получения прозрачного раствора и выливают в 0,5 л холодной воды. Выпавший осадок отфильтровывают и промывают водой. Перекристаллизовывают из петролейного эфира. Получают 5,38 г (82 %) 2‑ацетоксиметил–3,4–диметил–5–карбоэтоксипиррола (44).
продолжение
--PAGE_BREAK--Rf = 0,6 (Г: ЭА 3:2) ТПЛ = 98–1000 ПМР (CDCl3) d (м.д.): 1.33–тр. (3H; CH2–CH3, J=6.8 Гц); 1.99–с. (3H; CH3CO); 2.05–c. (3H; 3–CH3); 2.23–c. (3H; 4–CH3); 4.28–кв. (2H; OCH2, J=6.8 Гц); 4.99–c. (2H; 2‑CH2); 8.94–уш.c. (1H, NH).
Лит.: ТПЛ = 119–1200 [93]; ПМР (CDCl3) d (м.д.): 1.12–тр. (3H; CH2–CH3); 1.77–с. (3H; CH3CO); 1.83–с. (3H; 3–CH3); 2.02–с. (3H; 4–CH3); 4.08–кв. (2H; OCH2); 4.80–c. (2H; 2‑CH2); 9.12–с. (1H, NH). [93]
1,14-дикарбоэтокси-2,312,13-тетраметилтрипиран (45).
В трехгорлой колбе с обратным холодильником, термометром и прибором для пропускания газов растворяют 7,13 г (0,03 моль) 2-ацетоксиметил-3,4-диметил-5-карбоэтоксипиррола (44) в 175 мл метанола. К полученному раствору прибавляют 1 г (0,015 моль) пиррола и 0,5 г (0,03 моль) толуолсульфокислоты и нагревают раствор до 600 в течение 7 часов, пропуская через него аргон. Реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, выпавший осадок отфильтровывают, промывают метанолом и сушат. Получают 3,06 г (51%) 1,14-дикарбоэтокси-2,3,12,13-тетраметил трипирана (45).
Rf = 0,9 (Г: ЭА 1:1) ТПЛ = 146–1500 ПМР d (м.д.): 1.29–тр. (6H; CH2–CH3, J=6.8 Гц); 1.96–с. (6H; 2,13-CH3); 2.25–c. (6H; 3,12–CH3); 3.82–c. (4H; –CH2–); 4.26–кв. (4H; OCH2, J=6.8 Гц); 5.81–д. (2H; CH, J=2.56 Гц); 8.65–уш.c. (3H, NH). Масс-спектр m/z(%): 425 (100%).
3,4–Диметил–2–карбоэтоксипиррол. 1) Натриевая соль 2–метил–3–оксобутилаля.
В колбе, снабженной термометром и воронкой для сыпучих веществ и охлаждаемой смесью льда и соли, смешивают 300 мл сухого диэтилового эфира, 26,9 мл (0,3 моль) метилэтилкетона и 24,2 мл (0,3 моль) этилформиата и охлаждают полученную смесь до –50. Прибавляют порциями 7,6 г (0,33 моль) Na так, чтобы температура не превышала 50. Реакционную массу перемешивают 2 часа на ледяной бане и оставляют на сутки в холодильнике. Выпавший осадок отфильтровывают и промывают холодным диэтиловым эфиром. Получают 28,8 г (78%) натриевой соли 2‑метил‑3‑оксобутилаля, которую без дополнительной очистки направляют на следующую стадию.
2) 3,4–диметил–2–карбоэтоксипиррол.
В четырехгорлую колбу объемом 500 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, воронкой для сыпучих веществ и обратным холодильником, помещают 110 мл уксусной кислоты и нагревают до 850 и добавляют 29,4 г ацетата натрия до растворения. Затем последовательно прибавляют 26,9 г (0,22 моль) натриевой соли 2–метил–3–оксобутилаля, 35,5 мл (0,19 моль) изонитрозомалонового эфира (42) и смесь 45 мл CH3COOH и 20 мл H2O и нагревают до 950. К полученному раствору добавляют порциями 41,3 г (0,64 моль) цинковой пыли так, чтобы температура не превышала 1050. Затем реакционную массу перемешивают 0,5 часа при той же температуре и выливают в 0,5 л холодной воды. Экстрагируют хлороформом. Вытяжку сушат MgSO4. Хлороформ отгоняют, а остаток перекристаллизовывают из изопропанола. Получают 2,9 г (10%) 3,4–диметил–2–карбоэтоксипиррола.
Rf = 0,6 (Г: ЭА 3:2); ТПЛ = 90–920; ПМР d (м.д.): 1.33–тр. (3H; CH2CH3, J=7.1 Гц); 1.99‑с. (3H; CH3); 2.25–c. (3H; CH3); 4.26–кв. (2H; CH2, J=6.8 Гц); 6.63–д. (1H; CH, J=2.98 Гц); 8.75‑c. (1H; NH); 13С‑ЯМР d (м.д.): 9.78 (4‑CH3); 10.23 (3‑CH3); 14.53 (OCH2CH3); 59.77 (О‑CH2); 119.42 (С-5); 120.41 (С-3, С‑4); 126.62 (С-2); 162.02 (С=О). ИК (вазелиновое масло) n (cм‑1): 3320, 2920, 1656, 1456.
Лит.: ТПЛ = 90–920 [9]; ПМР (CDCl3) d (м.д.): 1.33–тр. (3H; CH2CH3, J=7.2 Гц); 1.99–с. (3H; CH3); 2.25–с. (3H; CH3); 4.28–кв. (2H; CH2, J=6.9 Гц); 6.63–д. (1H; CH, J=2.7 Гц); 8.69‑с. (1H; NH). [9] 13С‑ЯМР (CDCl3) d (м.д.): 9.84–кв; 10.19–кв; 14.51–кв; 59.73–т; 119.30–c; 120.02–c; 120.51–c; 126.54–д; 161.72–c. [9] ИК (нуйол) n (см–1): 3322, 2924, 1731, 1718, 1693, 1671, 1661, 1462. [9]
3,4-диметил-2-карбоксипиррол.
В колбе с обратным холодильником растворяют 2,87 г (0,017 моль) 3,4–диметил–2–карбоэтоксипиррола в 20 мл метанола и прибавляют 10 мл 10% раствора NaOH. Реакционную массу кипятят 3 часа, затем разбавляют водой, охлаждают до комнатной температуры и прикапывают концентрированную HCl до рН=6-7. Выпавший желтый осадок отфильтровывают и сушат на воздухе. Получают 2,3 г (96%) 3,4–диметил–2–карбоксипиррола.
Rf = 0,9 (Г: ЭА 1:1); ТПЛ =2000(разл.); ПМР (CDCl3) d (м.д.): 1.98–с. (3H; CH3); 2.24–c. (3H; CH3); 6.63–д. (1H; CH, J=2.6 Гц); 8.63‑c. (1H; NH). ИК (вазелиновое масло) n (см–1): 3300, 1661.
Лит.: ТПЛ = 2050(разл.) [9]; ПМР (ацетон-d6) d (м.д.): 1.93–с. (3H; CH3); 2.20–с. (3H; CH3); 6.71–д. (1H; CH, J=3.0 Гц); 9.30‑уш.с. (1H; NH); 10.23-с. (1Н; COOH). [9] 13С‑ЯМР (ацетон‑d6) d (м.д.): 9.04–кв; 9.43–кв; 118.90–c; 119.44–c; 120.65–c; 125.89–д; 161.85–c. [9] ИК (KBr) n (см–1): 3359, 3200-2350, 1648. [9]
1-Бром-2-пропанон (53).
В трехгорлую колбу на 1 литр с обратным холодильником, термометром и капельной воронкой помещают 190 мл воды, 58,6 мл (0,8 моль) ацетона и 44 мл (0,76 моль) уксусной кислоты. При температуре 700 прибавляют по каплям 41 мл (0,8 моль) Br2 до исчезновения окраски, затем раствор перемешивают при той же температуре 0,5 часа и добавляют 100 мл холодной воды. Нейтрализуют твердой содой до pH=6-7 и отделяют органический слой, который сушат над безводным сульфатом магния. Перегоняют в вакууме. Получают 26,3 мл (40%) 1-бром2-пропанона (53).
nD25=1.4670 Ткип=44–490/25–30 мм.
Лит.: nD20=1.4697 Ткип=136,50 [95].
Ацетонилацетоуксусный эфир (54).
1 метод.
В трехгорлой колбе с мешалкой, обратным холодильником и термометром смешивают 200 мл ДМФА, 5,6 г (0,1 моль) мелко измельченного гидроксида калия и 1 каплю катализатора межфазного переноса (аликвотная смесь трикаприлметиламмоний хлорида и триоктилметиламмоний хлорида). При интенсивном перемешивании при комнатной температуре прибавляют по каплям смесь 13 г (0,1 моль) ацетоуксусного эфира и 13,7 г (0,1 моль) 1-бром-2-пропанона (53) с такой скоростью, чтобы температура не превышала 350, после чего смесь перемешивают 1,5 часа при 450. Реакционную массу нейтрализуют 0,5-1,0% раствором HCl до pH=6-7, экстрагируют продукт диэтиловым эфиром. Экстракт сушат MgSO4, эфир отгоняют на роторном испарителе, а остаток перегоняют в вакууме. Получают 3,8 г (20,4%) ацетонилацетоуксусного эфира (54).
nD26,5=1.4370 Ткип=128–1300/20 мм.
Лит.: nD20=1.4375 Ткип=145-1460/ 21 мм. [74], nD20=1.4398 Ткип=87-900/ 0,1 мм. [84].
2 метод.
В трехгорлую колбу на 500 мл с мешалкой, обратным холодильником и термометром помещают 105 мл абсолютного этанола и прибавляют небольшими порциями 6,3 г (0,27 моль) натрия до растворения и образования этилата натрия, затем при комнатной температуре добавляют по каплям 38,4 мл (0,3 моль) ацетоуксусного эфира. Реакционную массу охлаждают до 200 и прикапывают 23 мл (0,27 моль) бромацетона (53), таким образом, чтобы температура не превышала 400, затем температуру повышают до 600 и перемешивают раствор 1 час. Реакционную массу охлаждают до 200, этанол отгоняют на роторном испарителе, в остаток добавляют небольшое количество воды для растворения NaBr. Отделяют нижний слой и экстрагируют из него диэтиловым эфиром. Экстракт сушат с MgSO4. Растворитель отгоняют на роторном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 27 мл (53%) ацетонилацетоуксусного эфира (54).
nD19=1.4382 Ткип=128–1340/20–25 мм.
Лит.: nD20=1.4375 Ткип=145-1460/ 21 мм. [74], nD20=1.4398 Ткип=87-900/ 0,1 мм. [84].
2,5-гександион (55).
Смесь 29,3 г (0,16 моль) ацетонилацетоуксусного эфира (54) и 300 мл 20% раствора K2CO3 в воде кипятят в колбе с обратным холодильником 1 час. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и высаливают K2CO3 до расслаивания. Реакционную массу выливают в делительную воронку и экстрагируют диэтиловым эфиром. Экстракт сушат K2CO3, эфир отгоняют, а остаток перегоняют в вакууме. Получают 11,7 г (65%) 2,5-гександиона (55).
nD22,5=1.4245 Ткип=130–1340/130 мм.
Лит.: nD20=1.4260 Ткип=1910 [96].
2,5-диметилпиррол (56).
В колбе с мешалкой смешивают 6,9 г (0,09 моль)ацетата аммония, 13,4 мл (0,234 моль) уксусной кислоты и 3,4 мл (0,034 моль) уксусного ангидрида при комнатной температуре. К полученному раствору приливают 3 мл (0,026 моль) 2,5-гександиона (55) и перемешивают 30 минут. Реакционную массу нейтрализуют 30% раствором аммиака до рН=7-8 и оставляют на сутки для разложения уксусного ангидрида. Продукт экстрагируют диэтиловым эфиром, экстракт сушат над MgSO4. Эфир отгоняют, а остаток перегоняют в вакууме. Получают 1,4 г (57%) 2,5-диметилпиррола (56).
nD26=1.4780 Ткип=800/20 мм.
Лит.: nD20=1.5066 Ткип=108,30/100 мм.[97].
Нитрование 2,5-диметилпиррола (56).
В трехгорлой колбе с мешалкой, термометром и капельной воронкой охлаждают раствор 1,21 г (0,013 моль) 2,5-диметилпиррола (56) в 7,3 мл уксусного ангидрида до –550. Затем при интенсивном перемешивании прибавляют по каплям смесь 6,1 мл (0,06 моль) уксусного ангидрида и 0,64 мл (0,014 моль) 91,6% HNO3, следя за тем, чтобы температура не превышала –500. Смесь перемешивают 1,5 часа при температуре –550. Затем раствор доводят до 200 и выливают в ледяную воду, нейтрализуют твердой содой. Экстрагируют смесью диэтилового эфира и хлороформа (1:1), экстракт сушат MgSO4. Растворители отгоняют, в остаток добавляют небольшое количество диэтилового эфира, выпавший осадок отфильтровывают. Разделение жидкой фазы проводят с помощью колоночной хроматографии на силикагеле системой элюэнтов с изменяющейся полярностью: этилацетат: петролейный эфир от 1:30 до 1:10. Получают 1,88 г продукта со следующими характеристиками: Rf = 0,2 (Г: ЭА 1:1); ПМР (CDCl3) d (м.д.): 2.16–с. (3H); 2.67–c. (2H). 13С‑ЯМР (CDCl3) d (м.д.): 29, 37, 207. ИК (в тонком слое вещества) n (см–1): 3475, 3320, 2920, 1714, 1677, 1620.
2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррол (63).
В колбе на 250 мл с механической мешалкой смешивают 29 мл (0,17 моль) ацетонилацетоуксусного эфира (54), 38,2 г (0,5 моль) ацетата аммония, 86 мл уксусной кислоты и 22 мл уксусного ангидрида и перемешивают 20 минут. Смесь выливают в 100 мл холодной воды, осадок отфильтровывают. Перекристаллизовывают из изопропанола. Получают 20.3 г (76%) 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63).
Rf = 0,9 (Г: ЭА 1:3); ТПЛ =1130; ПМР d (м.д.):1.30-тр. (3H; -CH2CH3; J=7.24 Гц) 2.17–с. (3H; CH3); 2.45–c. (3H; CH3); 4.23–кв. (2H; CH2; J=7.24 ГцРРHHsss); 6.17–д. (1H; CH, J=2.14 Гц); 8.09‑уш.c. (1H; NH).
Лит.: ТПЛ = 1130 [79]; ПМР (CDCl3) d (м.д.): 1.33–т. (3H; CH3, J=7.2 Гц); 2.19–с. (3H; CH3); 2.47–c. (3H; CH3); 4.25–кв. (2H; CH2, J=7.2 Гц); 6.20–м. (1H; CH); 8.17‑уш.с. (1H; NH). [79] ИК (KBr) n (см–1): 3293, 1666, 1436, 1224, 1087, 800, 775, 730. [79]
2,5-диметил-3-карбоксипиррол (66).
В колбе с обратным холодильником кипятят смесь 5 г (0,03 моль) 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63), 36 мл метанола и 18 мл 30% раствора NaOH в течение 9 часов. Затем реакционную массу охлаждают и нейтрализуют концентрированной HCl. Выпавший осадок отфильтровывают и сушат на воздухе. Получают 2,7 г (65%) 2,5-диметил-3-карбоксипиррола (66).
Rf = 0,8 (Г: ЭА 1:1); ТПЛ =180-1840 (разл.); ПМР (D2O) d (м.д.): 1.92–с. (3H; CH3); 2.21–c. (3H; CH3); 5.81–c. (1H; CH). ИК (вазелиновое масло) n (см–1): 3260, 3000-2500, 1639.
2,5-диметил-3,4-дийодпиррол (67).
В трехгорлой колбе с дефлегматором, мешалкой, капельной воронкой и термометром, смешивают 0,5 г (0,0036 моль) 2,5-диметил-3-карбоксипиррола (66) и 20 мл метанола. При перемешивании в полученную суспензию прикапывают раствор 1,24 г (0,009 моль) K2CO3 в 20 мл воды и нагревают до 650, при этой температуре прибавляют раствор 0,76 г (0,003 моль) I2 и 1,15 г (0,007 моль) KI в 10 мл воды. Реакционную массу перемешивают 20 минут и охлаждают. Осадок отфильтровывают, промывают водой и перекристаллизовывают из метанола. Получают 0,56 г (45%) 2,5-диметил-3,4-дийодпиррола (67).
Rf = 0,8 (Г: ЭА 1:3); ТПЛ =116-1200 (разл.); ПМР d (м.д.): 2.28–с. (6H; CH3); 8.01‑уш.c. (1H; NH). Масс спектр m/z (%): 347 (100%).
2,5-диметил-3-иод-4-карбоэтоксипиррол (64).
В трехгорлой колбе с дефлегматором, мешалкой, капельной воронкой и термометром, растворяют 0,5 г (0,003 моль) 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63) в 20 мл метанола. При перемешивании в полученный раствор прикапывают раствор 1,24 г (0,009 моль) K2CO3 в 20 мл воды и нагревают до 650, при этой температуре прибавляют раствор 0,76 г (0,003 моль) I2 и 1,15 г (0,007 моль) KI в 10 мл воды. Реакционную массу перемешивают 20 минут и охлаждают. Осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из метанола. Получают 0,69 г (80%) 2,5-диметил-3-иод-4-карбоэтоксипиррола (64).
Rf = 0,7 (Г: ЭА 1:1); ТПЛ =116-1200;
ПМР (CDCl3) d (м.д.):1.34-тр. (3H; -CH2CH3; J=7.24 Гц) 2.22–с. (3H; CH3); 2.47–c. (3H; CH3); 4.26–кв. (2H; CH2; J=7.24 ГцРРHHsss); 8.18‑уш.c. (1H; NH). 13С‑ЯМР (CDCl3) d (м.д.): 13.89 (2-CH3); 14.19 (3-CH3); 14.30 (OCH2CH3); 50.46 (C-4); 59.58 (C-I); 63.03 (-CH2-); 129.48 (C-5); 135.58 (C-2); 164.62 (C=O). ИК(вазелиновое масло) n (см‑1): 3256, 1675, 1217, 1099, 1029, 773. Масс спектр m/z (%): 293 (40%), 279 (20%), 264 (42%), 248 (28%), 219 (8%), 127 (12%),122 (25%), 93 (30%), 67 (35%), 51 (55%), 42 (100%).
2,5-диметил-3-карбоэтокси-4-нитропиррол (65).
1метод.
В колбе на 25мл с мешалкой растворяют 0.5г (0.003 моль) 2,5-диметил-3-карбоэтоксипиррола (63) в 10мл ацетонитрила. При перемешивании в полученный раствор при комнатной температуре приливают раствор 0.6г (0.004 моль) AgNO2 в 2мл ацетонитрила, затем при этой же температуре прибавляют раствор 0.5г(0.002 моль) I2 в 8мл ацетонитрила. Реакцию проводят в течение 48ч при комнатной температуре в инертной атмосфере в темноте. Выпавший осадок отфильтровывают, разделение жидкой фазы проводят при помощи колоночной хроматографиии на силикагеле в системе элюэнтов: ЭА: ПЭ (1:3). Получают 0.11г (18%) 2,5-диметил-3-карбоэтокси-4-нитропиррола (65).
Rf =0.6 (ПЭ: ЭА 1:3); Тпл= 110-1130; ПМР(CDCl3) d (м.д.): 1.32 м.д.-тр.(3Н, СН2‑СН3, J=7.2 Гц); 2.35 м.д.-с.(3Н, СН3 ); 2.48 м.д.-с.(3Н, СН3); 4.30 м.д.-кв.(2Н, СН2-СН3, J=7.2 Гц); 8.91 м.д.-уш.с.(1Н, NH). ИК(вазелиновое масло) n (см–1): 3317, 1720, 1680, 1600, 1110, 1020. Масс-спектр m/z(%): 212 (19%), 166 (40%), 122 (53%), 92 (45%), 65 (22%), 51 (16%), 42 (100%).
2 метод.
В колбу на 15мл с обратным холодильником вносят раствор 0.4г(0.001 моль) 2,5-диметил-3-иод-4-карбоэтоксипиррола (64) в 5мл ацетонитрила и добавляют к нему раствор 0.42г (0.003 моль) AgNO2 в 3мл ацетонитрила. Реакционную массу кипятят 2ч при t бани =110° и оставляют на 2 суток стоять при комнатной температуре в темноте. Выпавший осадок отфильтровывают, продукт очищают с помощью колоночной хроматографии насиликагеле(l=17см,d=20см) в системе растворителей диэтиловый эфир: петролейный эфир (1:2). Получают 0.1г (47%) 2,5-диметил-3-карбоэтокси-4-нитропиррола (65).
Rf =0.5(ПЭ: ЭА 1:1); Тпл= 110-1120; ПМР(CDCl3) d (м.д.): 1.35 м.д.-тр.(3Н, СН2‑СН3, J=7.1 Гц); 2.35 м.д.-с.(3Н, СН3 ); 2.48 м.д.-с.(3Н, СН3); 4.32 м.д.-кв.(2Н, СН2-СН3, J=7.1 Гц); 8.91 м.д.-уш.с.(1Н, NH). ИК(вазелиновое масло) n (см–1): 3300, 1720, 1680, 1600. Масс-спектр m/z(%): 212 (19%), 166 (40%), 122 (43%), 92 (45%), 66 (28%), 54 (19%), 42 (100%).
2-формилпиррол (58).
В колбе, снабженной термометром, мешалкой и капельной воронкой и охлаждаемой смесью льда и соли, при температуре 0-50 к 45 мл ДМФА прикапывают 15,4 мл POCl3. К полученному формилирующему комплексу при температуре не выше 150 прибавляют 10,36 мл (0,15 моль) пиррола (57), после чего повышают температуру до 350 и перемешивают 0,5 часа. Реакционную массу выливают в 150 мл холодной воды, из полученного раствора экстрагируют диэтиловым эфиром следы не прореагировавшего пиррола (57). Водный слой обрабатывают 150 мл насыщенного раствора ацетата натрия и кипятят 0,5 часа с обратным холодильником. Раствор охлаждают и экстрагируют дихлорметаном, экстракт промывают несколько раз водой, удаляя ДМФА. Экстракт сушат сульфатом натрия, растворитель отгоняют, а остаток перегоняют в вакууме. Получают 14,25 г (64%) 2-формилпиррола (58).
Rf = 0,6 (Г: ЭА 3:2); ТПЛ = 400; ИК (в тонком слое ): 3260; 1650.
Лит.: ТПЛ =41-440 [83]; ПМР (ацетон-d6) d (м.д.): 6.3–с. (1H; 4-CH); 7.0–д. (1H; 3-CH); 7.3‑с. (1H; 5-CH) [83]; ИК(CCl4) n (см–1): 3450(NH); 1665(C=O); 1655. [83]
2,5-диформилпиррол (61).
1) Диэтил 2-(пиррол-2-илметилен)малоноат (59).
В круглодонной колбе на 25 мл с насадкой Дина-Старка кипятят смесь 0,3 г (0,0032 моль) 2‑формилпиррола (58), 0,5 г (0,0032 моль) диэтилмалонового эфира, 0,04 г (0,00063 моль) уксусной кислоты и 0,01 г (0,00013 моль) пиперидина в 9 мл бензола в течение 1 часа. Реакционную массу охлаждают до комнатной температуры и промывают полунасыщенным раствором хлорида натрия. Бензольный слой сушат с безводным сульфатом натрия, растворитель отгоняют на роторном испарителе. Получают 0,73 г (97%) диэтил 2-(пиррол-2-илметилен) малоноата (59), который без дополнительной очистки направляют на следующую стадию.
продолжение
--PAGE_BREAK--