Способ получения 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов

Изобретение относится к области органического синтеза, конкретно к способу получения 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов. Сущность способа заключается во взаимодействии 8-аминохинолина с алифатическими альдегидами в присутствии катализатора кристаллогидратов: трихлорида тербия TbCl₃·6Н₂О или нитрата тербия Tb(NO₃)₃·6Н₂O при молярном соотношении 8-аминохиналина:RCH₂СНО:Tb, равном 45:100:1.2, при атмосферном давлении, в интервале температур 20-100°С, в течение 5-24 ч, в растворителе ДМФА. Фенантролин и его производные используют в аналитической химии в качестве индикаторов окислительно-востановительных реакций. 1 табл.

 

Предполагаемое изобретение относится к способам получения гетероциклических соединений, конкретно к способу получения 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов общей формулы

где R=С₂Н₅, С₃Н₇, С₄Н₉,

которые могут найти применение в тонком органическом синтезе или аналитической химии в качестве индикаторов окислительно-востановительных реакций

Известен способ (Ф.А.Селимов, У.М.Джемилев, О.А.Пташко. Металлокомплексный катализ в синтезе пиридиновых оснований. М.: Химия, 2003, с.223-233) получения 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов в реакции конденсации 8-аминохинолина с алифатическими альдегидами под действием трехкомпонентной системы PrCl₃:PPh₃:диметилформамид (ДМФА), при мольном соотношении, равном 1:3:10, и температуре реакции 150-180°С, в автоклаве продолжительностью 6-8 ч. Максимальный выход 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов 40-51%.

К недостаткам данного способа относятся большие энергозатраты (высокая температура, давление), необходимость использования специального оборудования (автоклав) и лиганда активатора PPh₃, а также высокая себестоимость безводного PrCl₃ (малодоступного), что вызывает необходимость его предварительного получения (энергозатратный, трудоемкий синтез, в агрессивной среде).

Известен способ (патент РФ 2249479, опубликовано: 10.04.2005, Бюл. №10) получения 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов в реакции конденсации 8-аминохинолина с алифатическими альдегидами под действием катализатора - комплекса [Pr(NO₃)₅]·[С₅Н₅NH]₂. Реакция осуществляется в автоклаве при температуре 150°С в течение 6 ч в смешанном растворителе, состоящем из этанола и ДМФА, взятых в соотношении 3:1 (объемные). Выход 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов 40-54%.

К недостаткам данного способа относятся большие энергозатраты (высокая температура, давление), необходимость использования специального оборудования (автоклав), а также предварительный синтез катализатора (в агрессивной среде - HNO₃)

Предлагается новый способ получения 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов.

Сущность способа заключается во взаимодействии 8-аминохинолина с алифатическими альдегидами в присутствии катализатора кристаллогидратов: трихлорида тербия TbCl₃·6Н₂O или нитрата тербия Tb(NO₃)₃·6Н₂О, взятых в мольном соотношении 45:100:1.2. Реакцию проводят при атмосферном давлении, в интервале температур 20-100°С, в течение 5-24 ч, в растворителе ДМФА. Реакция протекает по схеме:

R=С₂Н₅, С₃Н₇, С₄Н₉; K-Ln=TbCl₃·6Н₂O, Tb(NO₃)₃·6Н₂О

При увеличении температуры раствора сокращается время синтеза, но увеличивается содержание продуктов осмоления.

Существенные отличия предлагаемого способа

1. В предлагаемом способе в качестве катализатора используют коммерческие кристаллогидраты: трихлорид тербия TbCl₃·6Н₂О или нитрат тербия Tb(NO₃)₃·6Н₂О. Реакцию проводят при атмосферном давлении в интервале температур 20-100°С в течение 5-24 ч в растворителе ДМФА с более высоким выходом целевого продукта. В известных способах используются более дорогие безводные соединения: LnCl₃ (малодоступные) или [Sm(NO₃)₅]·[C₅H₅NH]₂ (не выпускаемый промышленностью) и требующие предварительного специального синтеза.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами.

1. Способ не требует предварительного получения безводных солей LnCl₃ или комплекса [Sm(NO₃)₅]·[С₅Н₅NH]₂ (трудоемкий, длительный синтез в коррозионно-агрессивной среде).

2. Способ позволяет увеличить выход целевого продукта до 60-65%.

3. Способ позволяет существенно уменьшить температуру от 150 до 20°С, не требует специального оборудования (автоклава) и тем самым позволяет существенно упростить синтез и снизить себестоимость целевого продукта.

Способ поясняется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. Конденсацию 8-аминохинолина с капроновым альдегидом проводят в стеклянной колбе (V=20 мл). К навеске катализатора TbCl₃·6Н₂О (0,54 ммоль) при 20°С добавляют ДМФА (7 мл) и включают перемешивание. После полного растворения TbCl₃·6Н₂О последовательно загружают 8-аминохинолин (20 ммоль), капроновый альдегид (44 ммоль) и реакцию проводят при 20°С в течение 24 ч при постоянном перемешивании. Затем реакционную массу трижды экстрагируют эфиром (3×50 мл), объединенные экстракты сушат над безводным MgSO₄, отгоняют растворитель, а остаток хроматографируют на колонке с AI₂О₃ (гексан-эфир, 1:10).

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1
Пример	Альдегид	Катализатор	Т, °С	Время, ч.	Выход %	Целевой продукт
1	Масляный С4Н8О	TbCl3·6Н2О	20	24	65	2-Пропил-3-этил-1,10-фенантролин
2		TbCl3·6Н2О	100	5	55	2-Пропил-3-этил-1,10-фенантролин
3		Tb(NO3)3·6Н2O	100	5	52	2-Пропил-3-этил-1,10-фенантролин
4	Валерьяновый C5H10O	TbCl3·6Н2О	20	24	62	2-Бутил-3-пропил-1,10-фенантролин
5	Капроновый С6Н12О	TbCl3·6Н2О	20	24	60	2-Амил-3-бутил-1,10-фенантролин

Все опыты проводили в ДМФА при мольном соотношении С₆Н₅NH₂:RCH₂СНО:TbCl₃·6Н₂O, равном 45:100:1.2.

Полученные соединения имеют следующие физико-химические характеристики:

2-Пропил-3-этил-1,10-фенантролин. Маслянистая жидкость, Т_кип=208-210°С (1 мм рт.ст.). Найдено, %: С, 81.3; N, 10.8; Н, 7.9. C₁₇H₁₈N₂. Вычислено, %: С, 81.6; N, 11.2; Н, 7.2. Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д.): 1.08т (3Н, СН₃); 1.35т (3Н, СН₃); 1.95м (2Н, CH₂); 2.91к (2Н, СН₂); 3.15т (2Н, СН₂); 7.67-9.20м (6Н, аром.). Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.): 14.48к (С¹⁷); 14.48к (С¹⁹); 23.62т (С¹⁶); 25.18т (С¹⁸); 38.27т (С¹⁵); 122.18д (С⁵); 125.35д (С⁶); 126.3д (С⁴); 127.52 с (С¹¹); 128.34с (С¹³); 134.45д (С⁸); 135.88д (С⁷); 143.50 с (С³); 146.13 с (С¹²); 150.15д (С⁹); 150.43с (С¹⁴); 162.23с (С²).

2-Бутил-3-пропил-1,10-фенантролин маслянистая жидкость. Т_кип=214-216°С (1 мм рт.ст.). Найдено, %: С, 81.7; N, 10.2; Н, 8.1. C₁₉H₂₂N₂. Вычислено, %: С, 82.0; N, 10.1; Н, 7.9. Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, 5, м.д.): 0.96т (3Н, СН₃); 1.23т (3Н, СН₃); 1.50-2.10м (6Н, СН₂); 2.91-3.30м (4Н, СН₂); 7.50-9.21м (6Н, аром.). Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.): 14.15к (С¹⁸); 14.35к (С²¹); 23.31т (С¹⁷); 24.30т (С²⁰); 28.61т (С¹⁶); 31.7т (С¹⁹); 34.60т (С¹⁵); 122.9д (С⁵); 125.96д (С⁶); 126.44д (С⁴); 127.42с (С¹¹); 128.21с (С¹³); 128.77д (С⁸); 131.86д (С⁷); 132.25с (С³); 135.91с (С¹²); 142.57с (С¹⁴); 150.01д (С⁹); 160.84с (С²).

2-Амил-3-бутил-1,10-фенантролин маслянистая жидкость, Т_кип=198-210°С (1 мм рт.ст.). Найдено, %: С, 82.8; N, 9.0; Н, 8.2. C₂₁H₂₆N₂. Вычислено, %: С, 82.4; N, 9.1; Н, 8.5. Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д.): 0.93т (3Н, СН₃); 0.98т (3Н, СН₃); 1.40-1,90 м (10Н, CH₂) 2.85т (2Н, СН₂); 3.20т (2Н, СН₂); 7.50-9.20 м (6Н, аром.). Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.): 14.01к (С¹⁹); 14.18к (С²³); 22.59т (С¹⁸); 22.88т (С²²); 30.80т (С¹⁷); 32.06т (С²¹); 32.38т (С¹⁶); 32.82т (С²⁰); 36.49т (С¹⁵); 122.21д (С⁵); 125.36д (С⁶); 126.26д (С⁴); 127.41с (С¹¹); 128.33с (С¹³); 135.38д (С⁸); 135.90д (С⁷); 135.99с (С³); 143.99с (С¹²); 146.18 с (С¹⁴); 150.17д (C⁹); 162.56c (C²).

Способ получения 2,3-диалкил-1,10-фенантролинов общей формулы

где R=C₂H₅, С₃Н₇, С₄Н₉,

путем взаимодействия 8-аминохинолина с алифатическими альдегидами общей формулы RCH₂CHO (где R имеет указанные выше значения) в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют кристаллогидраты: трихлорид тербия TbCl₃·6Н₂О или нитрат тербия TbCl₃·6Н₂О при мольном соотношении 8-аминохиналина:RCH₂СНО:Tb, равном 45:100:1.2 и реакцию проводят при атмосферном давлении, в интервале температур 20-100°С, в течении 5-24 ч в растворителе ДМФА.