Способ получения соли 9-амино-10-метилакридиния
Владельцы патента RU 2625449:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (ИОС УрО РАН) (RU)
Изобретение относится к области органической химии, а именно к способу получения соли 9-амино-10-метилакридиния общей формулы (I), где Х = PF6 (соединение а), Х = ClO4 (соединение б), Х = ВF4 (соединение в), R = H, алкил, взаимодействием производного акридина с аминирующим агентом в растворителе, отличающемуся тем, что в качестве аминирующего агента используют первичный амин, в качестве растворителя используют ацетонитрил, реакцию проводят при комнатной температуре, а окисление осуществляют электрохимически в гальваностатическом режиме при плотности тока 3 мА/см2. Технический результат: разработан простой и безопасный способ получения солей 9-амино-10-метилакридиния, полезных в качестве сырья для синтеза разнообразных соединений.
Изобретение относится к новому способу получения солей 9-амино-10-метилакридиния общей формулы (I) - полезных коммерческих продуктов, которые также являются сырьем для синтеза разнообразных соединений.
Известен способ получения 9-аминоакридина (III) из 9-хлоракридина (II) и карбоната аммония или газообразного аммиака в растворе фенола [Albert and Ritchie. J. Soc. Chem. Industr., 60, 120 (1941)]. Последующее алкилирование йодистым метилом в кипящем метаноле приводит к 9-амино-10-метилакридинию йодиду (IV) (Схема 1) [Albert and Ritchie. J. Chem. Soc., 458-462 (1943)]. Первую стадию этого процесса проводят в течение 1 часа при температуре 120°С. Алкилирование ведут при 4-часовом кипячении в метаноле.
Схема 1
Несмотря на хороший суммарный выход продукта (76%), способ имеет существенные недостатки, связанные, в первую очередь, с необходимостью дополнительного получения 9-хлоракридина (II). Кроме того, использование ядовитого фенола в качестве растворителя способно существенно увеличить техногенную нагрузку на окружающую среду.
Другой известный способ получения 9-аминоакридина (III) базируется на реакции акридина (V) с мочевиной (VI) в растворе диметилсульфоксида (ДМСО) (Схема 2) [I.V. Borovlev, О.P. Demidov, G.A. Amangasieva, Е.K. Avakyan. Tetrahedron Lett., 57, 3608 (2016)]. Реакцию проводят при комнатной температуре в присутствии гидрида натрия (NaH) в течение 24 часов.
Несмотря на хороший выход продукта, способ имеет существенные недостатки, связанные с необходимостью использования опасного гидрида натрия и малоприемлемой продолжительностью реакции. А выделение водорода в ходе реакции увеличивает огнеопасность процесса.
Схема 2
Известен способ получения перхлората 9-амино-10-метилакридиния нитрата (IX), в котором в качестве исходного соединения используют N-метилакридиний йодид (VIII), а в качестве аминирущего агента - амид калия [A.F. Pozharskii, 
, I.S. Kashparov, Z.I. Sokolov, M.M. Medvedeva, Chem. Heterocycl. Compd., 1976, 304-311] - прототип. Реакцию проводят в жидком аммиаке при - 70°С в присутствии эквивалентного количества нитрата железа в качестве окислителя.
Схема 3
Недостатками данного способа являются необходимость создания низкой температуры и невысокий выход продукта.
Задача изобретения - разработка простого, безопасного, доступного, экологичного и эффективного способа получения соли 9-амино-10-метилакридиния.
Поставленная задача решается использованием в качестве исходного сырья одной из солей N-метилакридиния (X), которая реагирует при комнатной температуре с одним из первичных аминов (III) в обезвоженном ацетонитриле с образованием бесцветного раствора. Последующее электрохимическое окисление приводит к образованию продукта (I) (Схема 4). Для проведения электролиза к полученному раствору добавляют фоновый электролит, который содержит в качестве растворителя ацетонитрил или метанол и соответствующую электроактивную соль (например, аммоний тетрафторборат, тетраэтиламмоний тетрафторборат, тетрабутиламмоний перхлорат или тетрабутиламмоний гексафторфосфат). Электролиз ведут на платиновом электроде в гальваностатическом режиме при плотности тока 3 мА/см2. По завершению электролиза растворитель отгоняют при пониженном давлении, а остаток перекристаллизовывают из воды и сушат на воздухе.
Схема 4
Использование соли N-метилакридиния (X) и первичного амина (XI) позволяет избежать изнурительной предварительной подготовки реагентов и дополнительных стадий синтеза, а также провести реакцию при комнатной температуре и существенно сократить время синтеза соединения I. При этом выход целевых продуктов существенно повышается по сравнению с прототипом. Использование электролиза позволяет полностью контролировать процесс окисления и отказаться от использования химических окислителей. Это приводит к повышению эффективности процесса, предотвращению потерь, дает возможность избежать большого числа реагентов, вспомогательных материалов и, главное, побочных продуктов. Все это в совокупности позволяет снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.
Строение полученного соединения I определяют методом ЯМР-спектроскопии и данными элементного анализа с использованием спектрометра AVANCE-500 и анализатора Eurovektor ЕА 3000.
Способ получения прост в осуществлении и иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
К перемешиваемому в анодном пространстве электрохимической ячейки раствору 1 г (3,56 ммоль) тетрафторбората N-метилакридиния (Хв) в 10 мл обезвоженного ацетонитрила при комнатной температуре прибавляют 1,06 мл (10,68 ммоль) н-бутиламина. После образования бесцветного раствора анодную и катодную области ячейки, разделенные мембраной из кальки, заполняют фоновым электролитом. Фоновый электролит готовят из 50 мл ацетонитрила и 3,86 г (17,8 ммоль) тетраэтиламмония тетрафторбората. Электролиз ведут в гальваностатическом режиме при плотности тока 3 мА/см2. После пропускания необходимого количества электричества (2,1 F/моль в расчете на двухэлектродный процесс) электролиз прекращают. Растворитель отгоняют, остаток перекристаллизовывают из воды и сушат на воздухе. Выход продукта (Iв, R=Бутил) 0,56 г (45%). ЯМР 1Н (ДМСО-d6, δ, м.д., J/Гц): 0.91 (t, 3H, J=7.4), 1.34-1.41 (m, 2H), 1.83-1.89 (m, 2H), 4.02 (t, 2H, J=7.4), 4.12 (s, 3H), 7.60 (m, 2H), 8.03-8.10 (m, 4H), 8.47 (m, 2H), 10.05 (s, 1H). Найдено, %: С 61,45; H 6,18; N 7,79; F 21,68. Вычислено, %: С 61,38; Н 6,02; N 7,95; F 21,58.
Пример 2
Через перемешиваемый в анодном пространстве электрохимической ячейки раствор 1 г (3,56 ммоль) тетрафторбората N-метилакридиния (Хв) в 10 мл обезвоженного ацетонитрила при комнатной температуре пропускают аммиак до полного обесцвечивания раствора. После этого анодную и катодную области ячейки, разделенные мембраной из кальки, заполняют фоновым электролитом. Фоновый электролит готовят из 50 мл ацетонитрила и 3,86 г (17,8 ммоль) тетраэтиламмония тетрафторбората. Электролиз ведут в гальваностатическом режиме при плотности тока 3 мА/см2. После пропускания необходимого количества электричества (2,1 F/моль в расчете на двухэлектродный процесс) электролиз прекращают. Растворитель отгоняют, остаток перекристаллизовывают из воды и сушат на воздухе. Выход продукта (Iв, R=H) 0,85 г (81%). ЯМР 1Н (ДМСО-d6, δ, м.д., J/Гц): 4.22 (s, 3Н), 7.67 (m, 2Н), 8.10-8.14 (m, 2Н), 8.22 (m, 2Н), 8.67 (m, 2Н), 10.05 (s, 2Н). Найдено, %: С 56,67; Н 4,48; N 9,36; F 25,60. Вычислено, %: С 56,79; Н 4,43; N 9,46; F 25,67.
Пример 3
Через перемешиваемый в анодном пространстве электрохимической ячейки раствор 1 г (2,95 ммоль) гексафторфосфата N-метилакридиния (Ха) в 10 мл обезвоженного ацетонитрила при комнатной температуре пропускают метиламин до полного обесцвечивания раствора. После этого анодную и катодную области ячейки, разделенные мембраной из кальки, заполняют фоновым электролитом. Фоновый электролит готовят из 50 мл ацетонитрила и 4,66 г (12,05 ммоль) тетрабутиламмония гексафторфосфата. Электролиз ведут в гальваностатическом режиме при плотности тока 3 мА/см2. После пропускания необходимого количества электричества (2,1 F/моль в расчете на двухэлектродный процесс) электролиз прекращают. Растворитель отгоняют, остаток перекристаллизовывают из воды и сушат на воздухе. Выход продукта (Iа, R=Метил) 0,70 г (65%). ЯМР 1Н (ДМСО-d6, δ, м.д., J/Гц): 3.64 (s, 3Н), 4.11 (s, 3Н), 7.59 (m, 2Н), 8.04-8.09 (m, 4Н), 8.49 (м, 2Н), 10.46 (s, 1H). Найдено, %: С 48,85; Н 4,21; N 7,69; F 30,79. Вычислено, %: С 48,92; Н 4,11; N 7,61; F 30,96.
Использование солей N-метилакридиния (X), первичных аминов и ацетонитрила в качестве растворителя позволяет провести синтез в мягких условиях при комнатной температуре и существенно сократить время его протекания. Электролиз является полностью контролируемым процессом, что приводит к повышению эффективности синтеза и, следовательно, к сокращению используемых реагентов и растворителей. Способ позволяет отказаться от применения токсичных и агрессивных веществ, что способствует снижению техногенной нагрузки на окружающую среду.
Способ получения соли 9-амино-10-метилакридиния общей формулы (I)
взаимодействием производного акридина с аминирующим агентом в растворителе, отличающийся тем, что в качестве аминирующего агента используют первичный амин, в качестве растворителя используют ацетонитрил, реакцию проводят при комнатной температуре, а окисление осуществляют электрохимически в гальваностатическом режиме при плотности тока 3 мА/см2.
