WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

ПОДДУБНЫЙ  ИГОРЬ  СЕРГЕЕВИЧ

СИНТЕЗ  ТРИХЛОРМЕТИЛАРЕНОВ  И  ИХ РЕАКЦИИ С ПИРИДИНАМИ  И  ДРУГИМИ  НУКЛЕОФИЛАМИ

02.00.03 – органическая химия

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Саратов - 2009

Работа выполнена в лаборатории гетероциклических соединений Института органической химии имени Н.Д.Зелинского РАН, г.Москва и в научно-производственном центре ОАО «Каустик», г.Волгоград

Научный консультант:

       Заслуженный деятель науки РФ,

доктор химических наук, профессор

       Беленький Леонид Исаакович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Решетов Павел Владимирович

доктор химических наук, профессор Скворцов Игорь Михайлович 

       доктор химических наук, профессор Маркова Людмила Ивановна

       

       

       Ведущая организация: Кубанский государственный технологический

  университет

Защита состоится 15 октября 2009 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.07 при Саратовском государственном университете по адресу: 410012, Саратов, ул.Астраханская, 83, корпус 1, Институт Химии СГУ.

       С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Саратовского государственного университета им. Н.Г.Чернышевского

Автореферат разослан « 8 » сентября 200­9 года

Ученый секретарь диссертационного совета                        Сорокин В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Значение трихлорметиларенов (ТХМА) в синтетической органической химии определяется тем, что они являются удобными исходными веществами в синтезе карбоновых кислот и их производных, симметричных и несимметричных диарилкетонов и ряда гетероциклических систем, среди которых: 1,2,4- и 1,3,4-оксадиазолы, имидазолины, оксазолины, бензоксазолы, бензотиазолы, бензимида-золы, имидазолины, 1,3-оксазины, сим-триазины и 1,4-бензодиазепины. Относительная доступность и повышенная по сравнению с соответствующими карбоновыми кислотами реакционная способность бензотрихлоридов создают перспективу для их использования в качестве субстратов или интермедиатов не только в производстве крупнотоннажных органических соединений, например, таких как хлорангидриды бензойной, терефталевой, изофталевой и других кислот, но и в синтезе разнообразных биологически активных веществ. Восстановление трихлорметильной группы электрохимическим путем, либо под действием неорганических или органических реагентов, является одним из важных и перспективных путей синтетического использования ТХМА. Исследования в указанных направлениях, несомненно, имеют большое теоретическое и практическое значение и являются весьма актуальными, поскольку открывают возможности целенаправленного и эффективного применения трихлорметиларенов как в синтезе различных гетероциклов, так и для получения ароматических альдегидов и их разнообразных производных. Усовершенствование технологии получения ТХМА методом радикального хлорирования метилбензолов также имеет значительный практический потенциал, поскольку непосредственно связано с широким применением этих субстратов в синтезах различных промышленно ценных продуктов – ароматических кислот и их хлорангидридов, модификаторов резиновых смесей, пероксидных инициаторов и других соединений. 

Цель работы. Установление закономерностей хлорирования метилбензолов и реакций трихлорметиларенов с пиридинами и другими нуклеофилами (гидразином, гидроксиламином, (тио)ацилгидразинами, водой, алифатическими и ароматическими кислотами, спиртами); установление механизма реакций ТХМА с нуклеофилами; выявление условий селективного получения ароматических и гетероциклических соединений, а также продуктов заданной степени хлорирования углеводородов.

Для достижения этой цели были сформулированы и решались следующие задачи:

- разработка общего способа селективного радикального хлорирования (галогени-рования) алкилароматических, алифатических и непредельных линейных углеводородов; 

- выявление условий селективного и технически эффективного радикального хлорирования метилбензолов с получением продуктов заданной степени хлорирования; 

- изучение механизма восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидроксиламином или гидразинами в присутствии пиридиновых оснований;

- выявление направлений и особенностей взаимодействия ТХМА с пиридинами, N-, O- и S-нуклеофилами в зависимости от строения реагентов и условий реакции;

- изучение реакций гетарилирования N- и С-нуклеофилов солями пиридиния, генерируемыми in situ из трихлорметиларенов и пиридинов;

- разработка препаративных методов синтеза симметричных и несимметричных 2,5-дизамещенных 1,3,4-окса(тиа)диазолов на основе реакций трихлорметиларенов с гидразином и (тио)ацилгидразинами;

- установление строения новых веществ методами спектроскопии ЯМР 1Н и 13С и масс-спектрометрии и выявление общих закономерностей и специфических особенностей в спектрах 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов.

Научная новизна. Впервые показаны общий характер и высокая эффективность стабилизирующего действия эфиров ортофосфорной кислоты в процессах радикального галогенирования метилароматических, предельных и непредельных линейных углеводо-родов. На примере хлорного железа и хлорида цинка определен диапазон концентраций кислот Льюиса, при которых стабилизирующее действие органических фосфатов обеспечивает селективное радикальное галогенирование углеводородных субстратов (метилбензолов) и получение высококачественных галогенированных продуктов. 

Установлено, что восстановительная конденсация трихлорметиларенов с гидразинами в пиридине протекает по двум конкурирующим направлениям, в одном из которых в качестве восстановителя выступает пиридин, а в другом – гидразин. 

Первое направление включает образование N-(α,α-дихлорбензил)пиридиниевых солей, которые в зависимости от строения исходного трихлорметиларена претерпевают превращение либо в биспиридиниевые соли, либо в N-[N′-(α-хлорбензил)-4-пиридил]-пиридиниевые соли. Взаимодействие о,о’-дизамещенных трихлорметиларенов с пириди-ном в условиях восстановительной конденсации (при кипячении в пиридине) или в более мягких условиях (в хлороформе или хлористом метилене при обычной температуре) протекает с образованием N-[N′-(α-хлорбензил)-4-пиридил]пиридиниевых солей. Окисли-тельно-восстановительные превращения о,о’-дизамещенных ТХМА являются общими для пиридина, 3-R-замещенных пиридинов и хинолинов, причем в зависимости от нуклео-фильности атома азота реакция приводит к N-(α-хлорбензил)-4-хлор-3-R-пиридиниевым солям, либо к N-[N′-(α-хлорбензил)-3-R-4-пиридил]-3-R-пиридиниевым солям.

Предложена и обоснована общая схема реакций о,о’-дизамещенных ТХМА с пиридиновыми основаниями с восстановлением трихлорметильной группы и образова-нием ароматических альдегидов и их производных, что является новыми примерами окислительно-восстановительных превращений с участием аналогов никотинамидаденин-динуклеотида (НАДН) и его фосфата. Обнаружены и получены интермедиаты данной реакции: монопиридиниевые соли, 4-хлор-1,4-дигидроникотинамид, хлорид N-(α-хлор-бензил)-4-хлорпиридиния и другие. Разработаны новые препаративные методы синтеза ароматических альдегидов, 4-хлорпиридинов и N-(4-пиридил)пиридиниевых солей.

Второе направление восстановительной конденсации реализуется для трихлор-метиларенов, не имеющих орто-заместителей или имеющих один орто-заместитель, и осуществляется при действии избытка гидразина на гидразоноилхлориды без участия пиридина в акте восстановления. Установлена принципиальная возможность реализации этого направления восстановительной конденсации и для трихлорметиларенов, имеющих два орто-заместителя, причем это направление является единственным, если восстановление через образование соответствующих пиридиниевых солей невозможно вследствие стерических препятствий. 

       Систематически исследованы конкурирующие направления взаимодействия трихлорметиларенов с N-, О- и S-нуклеофилами, не сопровождающиеся актом восста-новления. Впервые найдены оптимальные условия селективной гетероциклизации ТХМА под действием ацилгидразинов и гидразина. Разработаны простые и эффективные методы синтеза 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов, исходя из трихлор-метиларенов и гидразидов карбоновых кислот или гидразингидрата. Впервые показано, что взаимодействие трихлорметиларенов и тиоацилгидразинов приводит к 2,5-дизамещен-ным 1,3,4-тиадиазолам с препаративными выходами.

Существенно расширена область применения ТХМА для синтеза ароматических альдегидов и их производных, гетероциклических систем (1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов), в качестве «мягких» хлорирующих агентов для получения 4-хлорпиридинов и 1-(4-пиридил)пиридиниевых солей, а также в качестве алкилирующих реагентов для эффективной и -селективной активации пиридиновых оснований в реакциях гетарилиро-вания «жестких» и «мягких» нуклеофилов. 

Выявлены общие закономерности и специфические особенности в спектрах ЯМР 1Н и 13С 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов. На основе спектров ЯМР 13С 1,3,4-оксади-азолов впервые проведена оценка электронного эффекта 5-R-1,3,4-оксадиазол-2-ильной группы как заместителя в бензольном кольце и количественная оценка трансмиссионной способности 1,3,4-оксадиазольного цикла.

Впервые выявлены и сформулированы общие закономерности в масс-спектрах электронного удара 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и установлено, что метод масс-спектрометрии может использоваться для надёжной идентификации и доказательства их строения.

Практическая значимость работы. Разработаны технологичные и эффективные промышленные способы получения трихлорметиларенов, бензилидендихлоридов и бензилхлоридов путем селективного радикального хлорирования толуолов и ксилолов в присутствии фосфатных стабилизаторов. Эти способы позволяют получать целевые продукты заданной степени хлорирования с отличными выходами (до 99,5 %), высокой конверсией по хлору (до 99,8 %) и повышенной производительностью процесса.

В производственных условиях ОАО «Химпром», г.Волгоград впервые апроби-рованы или внедрены:

- способ получения ,,,,,-гексахлор-пара-ксилола; 

- способ получения бензилхлорида путем селективного радикального хлорирования толуола в присутствии фосфатных стабилизаторов;

- способ совместного получения ацетилхлорида и бензальдегида каталитическим взаимодействием бензилидендихлорида и уксусной кислоты;

- двухстадийный способ получения бензальдегида из кубовых остатков произ-водства хлористого бензила, содержащих бензилидендихлорид;

- способ получения и способ стабилизации жидких и твердых хлорированных парафинов (марок ХП-13, ХП-250, ХП-470, ХП-1100);

- способ получения нового многофункционального модификатора резиновых смесей на основе гексахлор-пара-ксилола – гексола М.

Установлено, что использование эфиров ортофосфорной кислоты в качестве эффективных дезактиваторов кислот Льюиса и стабилизаторов хлорированных (галогенированных) углеводородов на стадиях синтеза и выделения повышает выход и качество целевых продуктов, снижает их производственную себестоимость и расширяет их потребительский потенциал в процессах переработки и применения.

Разработаны удобные, одностадийные способы получения 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов, 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов, 2,5-дизамещенных 1,3,4-тиадиазолов, на основе ТХМА и гидразина, гидразидов карбоновых, тиокарбоновых кислот.

Разработан метод получения о,о’-дизамещенных бензальдегидов и их азинов или гидразонов с высокими выходами с одновременным получением 3-R-замещенных 4-хлорпиридинов или N-(3-R-4-пиридил)-3-R-пиридиниевых солей. Впервые показано, что пиридиниевые соли, генерируемые in situ из о,о’-дизамещенных ТХМА и пиридина, выступают в качестве реакционноспособных агентов в реакциях селективного -гетарилирования различных N- или C-нуклеофилов. Это позволяет рассматривать о,о’-дизамещенные ТХМА в качестве удобных и специфических алкилирующих реагентов для эффективной и -селективной активации пиридиновых оснований в реакциях гетарилиро-вания «жестких» и «мягких» нуклеофилов. 

Выполненные исследования существенно расширяют синтетический потенциал трихлорметиларенов в промышленном и препаративном синтезе различных соединений и химических продуктов: ароматических альдегидов и их производных, 4-замещенных пиридинов, 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов, многофункцио-нальных модификаторов резиновых смесей и полимерной серы.

На защиту выносятся следующие положения: 

- условия селективного и/или эффективного радикального хлорирования алкил-ароматических, предельных и непредельных линейных углеводородов с получением продуктов заданной степени хлорирования. 

- закономерности и механизм реакции восстановительной конденсации трихлор-метиларенов с гидразином в пиридине;

- закономерности и механизм окислительно-восстановительных превращений о,о’-дизамещенных трихлорметиларенов под действием пиридиновых оснований;

- закономерности, механизм и особенности превращений трихлорметиларенов под действием двух или более нуклеофилов (N-, O- и S-нуклеофилов) с образованием гетероциклических систем, продуктов восстановления трихлорметильной группы или продуктов нуклеофильного замещения;

- реакционная способность пиридиниевых солей, генерируемых in situ из трихлор-метиларенов и пиридиновых оснований; закономерности превращения этих солей под действием нуклеофилов. 

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Межвузовской конференции «Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов» (Саратов, 1992), XVIII конференции по химии и технологии органических соединений серы (Казань, 1992), XIV Международном конгрессе по гетероциклической химии (Антверпен, 1993), XVI Международном симпозиуме по химии органических соединений серы (Мерзебург, 1994), X Международной конференции по органическому синтезу (Бангалор, 1994), Межинститутском коллоквиуме “Химия азотистых гетероциклов” (Черноголовка, 1995), XIV Международном конгрессе по гетероциклической химии (Тайбей, 1995), V Симпозиуме по гетероциклической химии «Голубой Дунай» (Часта Паперничка, 1995), VII Межвузовской конференции «Новые достижения в органической химии» (Саратов, 1997), Пятой Российской научно-практической конференции резинщиков “Сырье и материалы для резиновой промышленности. Настоящее и будущее” (Москва, 1998), 1-ой Всероссийской конференции по химии гетероциклов памяти А.Н.Коста (Суздаль, 2000), Электронной конференции по гетероциклической химии ECHET 98, Первой Международной конференции «Химия и биологическая активность азотистых гетероциклов и алкалоидов (Москва, 2001), XIV Международной научно-практической конференции резинщиков “Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технологии” (Москва, 2008) и на XIX Симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2008).        

Достоверность научных положений и выводов, приведенных в диссертационной работе, базируется на применении современных методов исследований и анализа (измерений), включая спектроскопию ЯМР 1Н и 13С, масс-спектрометрию, ИК- и УФ-спектроскопию, ВЭЖХ и газовую хроматографию, элементный анализ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 работ, из них 2 обзора и 13 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК, 7 патентов на изобретения, 3 статьи в сборниках научных трудов и реферируемых журналах, 13 тезисов докладов на всерос-сийских и международных конференциях.

Личное участие автора заключалось в теоретическом обосновании тематики исследований, постановке задач, разработке теоретических положений, непосредственном участии во всех этапах исследовательских работ, а также в обработке, обобщении, интерпретации результатов исследований и формулировании выводов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 288 страницах машинописного текста, включая введение, 5 глав, выводы, список литературы из 299  наименований, 32 таблицы и 41 рисунок (схему). В первой главе приводятся и обсужда-ются результаты по синтезу и промышленному использованию трихлорметиларенов. Вторая глава посвящена обсуждению результатов исследования восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидразинами или гидроксиламином в пиридине. Третья глава посвящена изучению реакций N- и C-нуклеофилов с солями пиридиния, полученными из о,о’-дизамещенных трихлорметиларенов. Четвертая глава описывает результаты исследования реакций трихлорметиларенов с N-, O- и S-нуклеофилами,  протекающих без восстановления трихлорметильной группы. Пятая глава представляет собой экспериментальную часть, в которой описаны методики синтеза соединений и выполнения измерений и анализа. 

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Синтез и промышленное использование трихлорметиларенов

       Основным методом синтеза бензотрихлорида и его производных, содержащих инертные заместители, является исчерпывающее радикальное хлорирование одной или более метильных групп, инициируемое при помощи лабильных соединений (радикальных инициаторов) или светового излучения. Известно, что кислоты Льюиса, и в первую очередь соединения железа, присутствующие в исходных реагентах (смесях) в концентра-циях от 0,00001 мас.% до 0,001 мас.%, обусловливают обрыв цепей, снижают конверсию хлора, катализируют побочное электрофильное хлорирование метилбензолов в ядро и их алкилирование по Фриделю-Крафтсу промежуточно возникающими бензилхлоридами.

С целью снижения нежелательного каталитического эффекта кислот Льюиса в реакциях радикального хлорирования метилбензолов используют добавки органических или неорганических соединений, которые способны образовывать с кислотами Льюиса неактивные комплексы: пентаэритрит, полипропиленгликоль, маннит, триэтиламин, диизопропиламин, пиперидин, морфолин, диэтаноламин, мочевина, тиомочевина, N-замещенные амиды алифатических кислот, уротропин. Однако стабилизирующее действие ранее использовавшихся соединений-комплексообразователей в общем случае оказывается недостаточным для селективного радикального хлорирования метилбензолов и получения высококачественных и стабильных трихлорметиларенов. 

В этой связи представлялось весьма актуальным выявить стабилизаторы, позволя-ющие осуществлять селективное радикальное хлорирование метилбензолов при относи-тельно высоком содержании кислот Льюиса в реакционной среде - более 0,00001 мас.%.

В рамках этой задачи нами был разработан способ селективного радикального хлорирования метилароматических углеводородов (1а-е) с инициированием процесса при помощи азобисизобутиронитрила (ABIBN) или УФ-облучения при температуре 80-130 С в присутствии эфира ортофосфорной кислоты, взятого в количестве 0,1-1,0 мас.%, или его смеси с диметилформамидом (ДМФА) в массовом соотношении 1:1 (схема 1).

1а-е                                          2а-е 98,3-99,4 %, где n = 3 или 6

1, 2: R = R1 = R2 = R3 = H (а), R = Cl, R1 = R2 = R3 = H (б); R = R1 =  R3 = H, R2 = Cl (в);

R = R2 = Cl, R1 = R3 = H (г); : R = R2 = R3 = H, R1 = CH3; : R = R1 = R3 = H; R2 = CH3;

R = R2 = R3 = H, R1 = CCl3; R = R1 = R3 = H; R2 = CCl3;

СХЕМА 1

Использование эфира ортофосфорной кислоты (триалкилфосфата, диалкиларил-фосфата, алкилдиарилфосфата или триарилфосфата) в количестве 0,1-1,0 % от массы исходного метилбензола обеспечивает получение целевых ТХМА 2а-е с отличными выходами 98,3-99,4 %, с высокой конверсией хлора и селективностью, что подтвержда-ется высокой массовой долей ТХМА 2 в продуктах хлорирования - от 97,5 % до 99,4 %.

       На примере процесса хлорирования п-ксилола впервые была проведена оценка стабилизирующего эффекта трибутилфосфата (ТБФ), производимого в промышленном масштабе, и его смеси с ДМФА (1:1) по сравнению со стабилизирующим действием других известных комплексообразователей.

Результаты этой части исследования приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительная эффективность стабилизаторов процесса

радикального хлорирования п-ксилола

№ п/п

Массовая доля железа в п-ксилоле, %

Стабилизатор

Массовая доля стаби-лизатора, % от п-ксилола

Выход ТХМА, %

Массовая доля основ-ного веще-ства, %

Избыток хлора, %

от теории

1

6•10-4

уротропин

0,2

98,2

98,5

43,4

2

6•10-4

мочевина

0,2

94,0

94,1

58,6

3

6•10-4

тиомочевина

0,2

95,7

95,5

53,7

4

6•10-4

ДМФА

0,2

98,8

98,8

26,2

5

6•10-4

трибутилфосфат

0,2

99,8

99,4

22,9

6

6•10-4

ТБФ + ДМФА

0,2

99,5

99,2

23,3

7

3•10-3

уротропин

0,4

96,9

96,3

82,8

8

3•10-3

этаноламин

0,4

94,9

95,1

94,2

9

3•10-3

триэтаноламин

0,4

95,4

95,0

93,6

10

3•10-3

ацетамид

0,4

95,3

95,5

92,0

11

3•10-3

бензамид

0,4

95,5

95,4

89,1

12

3•10-3

ДМФА

0,4

98,0

97,6

37,5

13

3•10-3

пиридин

0,4

97,1

96,5

87,4

14

3•10-3

ТБФ

0,4

99,2

99,0

30,8

15

3•10-3

ТБФ + ДМФА

0,4

99,2

98,9

31,7

16

5•10-3

ТБФ + ДМФА

0,4

99,0

98,7

35,9

Примечание: Хлорирование 0,25 моля п-ксилола осуществлялось в стандартных условиях - при 80-120 С с использованием в качестве радикального инициатора ABIBN, взятого в количестве 1,1 % от массы п-ксилола, или при УФ-облучении.

 

Установлено, что традиционно используемые стабилизаторы радикального хлори-рования, как правило, проявляют положительный эффект только при относительно низких концентрациях кислот Льюиса, в частности при концентрациях ионов железа в исходном сырье (в хлоре и метилбензолах) – не более (1-5)•10-4 мас.%, в то время как ТБФ и его смесь с ДМФА оказывают заметный стабилизирующий эффект даже при такой высокой массовой доле железа в п-ксилоле, как 0,005 %.

Стабилизирующая роль эфиров ортофосфорной кислоты заключается в образова-нии стабильных, недиссоциирующих комплексов с солями железа и другими кислотами Льюиса, что нивелирует негативный ингибирующий эффект кислот Льюиса, присутст-вующих в реакционной среде, в радикальных процессах и подавляет побочное хлорирование ароматических субстратов в ядро. Образование устойчивых комплексов между алкил(арил)фосфатами и солями железа было подтверждено при помощи УФ-спектроскопии на примере смеси трибутилфосфата с хлорным железом (таблица 2).

Таблица 2. Данные электронных спектров поглощения ТБФ и комплекса FeCl3ТБФ

Компонент или смесь

Длина волны, , нм

300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

400

Относительная оптическая плотность (по воздуху), %

ТБФ

84,9

92,2

96,2

98,3

101,8

103,6

105,1

105,7

106,3

106,9

107,1

ТБФ + 0,005 мас.% FeCl3

3,9

2,8

3,7

9,5

18,6

10,0

3,2

3,8

10,3

29,1

57,4

Как следует из данных таблицы 2, спектр поглощения ТБФ, содержащего 0,005 мас.% FeCl3, резко отличается от спектра поглощения «чистого» трибутилфосфата появлением новых полос в области 312 нм и 363 нм. Последняя полоса соответствует поглощению образующегося комплекса FeCl3ТБФ и практически совпадает с полосой поглощения комплекса FeCl3триэтилфосфат (364 нм), наблюдавшейся ранее в работе (Розенберг В.Р., Моцарев Г.В., Ушаков А.А., Суворов Б.А. Нефтехимия, 1974, т.14, № 6, С.885-890).

Высокая эффективность указанных фосфатных стабилизаторов позволяет осущест-влять процесс радикального хлорирования метилбензолов селективно даже при таком значительном содержании FeCl3 или хлорида цинка ZnCl2, как 0,01-0,03 мас.% (в пере-счете на массовую долю железа – 0,0034-0,01 %), что было наглядно продемонстрировано нами на примерах радикального хлорирования толуола ().

Таким образом, в исследованной нами серии метилароматических субстратов и стабилизаторов эффект дезактивации такой сильной кислоты Льюиса, как хлорное железо, оказался наиболее существенным именно для эфиров ортофосфорной кислоты, что, очевидно, связано с более высокой стабильностью и каталитической инертностью их комплексов с кислотами Льюиса. 

       

1.2. Улучшенный метод радикального галогенирования алкилароматических, непредельных и предельных углеводородов

Используемые для получения ТХМА 2а-е стабилизаторы – эфиры ортофосфорной кислоты или стабилизирующая система органический фосфат – ДМФА – были приме-нены в процессах получения и выделения (ректификации или дистилляции) продуктов неполного радикального хлорирования толуола: бензилхлорида и бензилидендихлорида, а также их 2-хлор-, 4-хлор- и 2,4-дихлорзамещенных (схема 2):

ArCH3  +  Cl2   ArCH2Cl   +  ArCHCl  + ArСCl + HCl        

  1а-г                  3а-г         4а-г                 2а-г

1, 2, 3, 4: Ar = C6H5 (а), Ar = 2-ClC6H4 (б), Ar = 4-ClC6H4 (в), Ar = 2,4-Cl2C6H3 (г).

СХЕМА 2

Применение указанных стабилизаторов в количестве 0,05-0,5 % от массы исходного толуола позволяет увеличить выход целевых продуктов на 2-8 % и повысить конверсию хлора на 1-6 % по сравнению с процессами, в которых использовались другие известные стабилизаторы, например, уротропин, ацетамид, N,N-диметилформамид, мочевина, триэтаноламин. Эти результаты также свидетельствуют о том, что эфиры ортофосфорной кислоты более эффективно ингибируют каталитические свойства кислот Льюиса нежели другие апробированные стабилизаторы-комплексообразователи.

Выполненные исследования позволили разработать модифицированный способ получения бензилхлоридов и бензилидендихлоридов, характеризующийся высокой селективностью процесса, высокими выходами и качеством целевых продуктов и более высокой конверсией по хлору по сравнению с другими промышленными и препаративными способами получения. Этот способ был успешно апробирован нами в производственных условиях ОАО «Химпром», г.Волгоград на примере получения и выделения высококачественного хлористого бензила.

Учитывая полученные результаты радикального хлорирования метилбензолов 1 с получением ТХМА 2, бензилхлоридов 3 и бензилидендихлоридов 4, мы предположили, что эффективность стабилизирующего действия эфиров ортофосфорной кислоты носит общий характер и распространяется также на реакции радикального хлорирования других углеводородных субстратов – алканов и алкенов. Как известно, эти реакции также весьма чувствительны к содержанию кислот Льюиса, которые не только ингибируют радикальный процесс, уменьшают конверсию хлора, но и существенно снижают термическую стабильность и качество целевых продуктов – хлорированных парафинов по показателям «массовая доля кислот в пересчета на HCl» и «цветность по иодной шкале». 

Высказанное предположение было наглядно подтверждено нами сначала на примере успешного получения твердых хлорированных парафинов с массовой долей хлора в пределах 70-72 %, а затем и на примерах получения высокостабильных галогенированных парафинов с массовой долей галогена в пределах 12-72 %.

В качестве исходных углеводородных субстратов использовали жидкие и твердые парафины различных фракций с длиной углеродной цепи в пределах C14-C38, а также  различные промышленные фракции -олефинов с длиной углеродной цепи в пределах C12-C38. В качестве галогенирующих агентов использовали газообразный хлор и жидкий бром. Инициирование радикального процесса осуществляли при помощи УФ-облучения либо с использованием азобисизобутиронитрила.

Радикальное галогенирование исходных углеводородов проводили по одно-, двух- или трехреакторной каскадной схеме с противотоком реагентов при температуре в пределах 70-155 С (в зависимости от природы галогена и необходимой степени галогенирования) в присутствии 0,05-2,0 мас.% эфира фосфорной кислоты (триалкил-фосфата, диалкиларилфосфата, алкилдиарилфосфата, триарилфосфата или их смеси). 

Результаты получения галогенированных парафинов свидетельствуют, что эфиры фосфорной кислоты, применяемые в качестве стабилизаторов процесса галогенирования алканов и алкенов, проявляют заметно более выраженный стабилизирующий эффект по сравнению с другими органическими соединениями - ДМФА, уротропином, триэтанол-амином и тем более по сравнению с радикальным процессом, осуществляемым без какого-либо стабилизатора. Так, в производственных условиях ОАО «Химпром» при получении жидких хлорпарафинов марок ХП-250 и ХП-470 было установлено, что введение на стадию хлорирования 0,10-0,15 мас.% трибутилфосфата позволяет уменьшить проскок хлора на 10-20 % и сократить общую продолжительность стадии отдувки кислых примесей на 25-30 %, что соответственно снижает энергетические затраты на процесс, повышает его производительность и улучшает качество целевых хлорпарафинов по показателям «цветность» и «массовая доля кислот в пересчете на HCl».

Выполненные исследования завершились разработкой нового эффективного способа радикального галогенирования предельных и непредельных углеводородов, отличающегося высокой конверсией галогена и повышенной производительностью процесса. Разработанный способ позволяет получать высококачественные, термически стабильные галогенированные парафины, применяемые в нефтехимической отрасли, в производстве шин, РТИ и других разнообразных полимерных композиций и компаундов. 

Обобщая результаты этого этапа исследований, можно констатировать, что нами разработан универсальный и эффективный метод радикального галогенирования алкилароматических, предельных и непредельных углеводородов в присутствии активно действующих органических стабилизаторов, обладающих высокой комплексообразующей способностью по отношению к кислотам Льюиса, - эфиров ортофосфорной кислоты. Определена область практического применения алкил(арил)фосфатов в зависимости от природы исходного углеводородного субстрата, содержания в нем кислот Льюиса (в первую очередь, соединений железа) и заданной степени галогенирования:

- селективное и эффективное радикальное галогенирование метилароматических субстратов достигается при массовой доле ионов железа (в общем случае – кислот Льюиса) – не более 10-3 % и при использовании 0,05-0,5 мас.% триалкилфосфата, диалкиларилфосфата, алкилдиарилфосфата, триарилфосфата или их смесей с ДМФА; 

- эффективное радикальное галогенирование алканов и алкенов с получением высококачественных и стабильных галогенированных парафинов обеспечивается при использовании субстратов с массовой долей железа (кислот Льюиса) не более 0,01 % и при использовании триалкилфосфата, диалкиларилфосфата, алкилдиарилфосфата, или триарилфосфата, взятого в количестве 0,05-5,0 % от массы исходного субстрата.

Таким образом, нами показано, что применение эфиров фосфорной кислоты в качестве дезактиваторов кислот Льюиса и стабилизаторов в процессах радикального галогенирования алкилароматических, предельных и непредельных углеводородов и в процессах выделения и стабилизации их галогенированных производных позволяет:

- повысить выход целевых хлорированных продуктов с 97,0 % до 98,4-100 %;

- повысить массовую долю основного вещества в целевых продуктах (ТХМА) с 95,0-97,5 % до 98,4-99,4 %;

- увеличить конверсию хлора с 94,5 % до 99,8 % (при каскадной схеме хлорирования) или снизить избыток хлора на 10-20,5 % (при однореакторной схеме хлорирования);

- увеличить производительность технологического оборудования (на единицу реакционного объема) на 9-18 %;

- существенно улучшить ряд технических характеристик (показателей) целевых хлорорганических продуктов – «цветность» (снижение цветности на 1-9 единиц по иодной шкале), «термостабильность» (улучшение термостабильности на 26-40 %), «массовая доля кислот в пересчете на HCl» (снижение кислотности на 50-90 % или в 2-10 раз), что заметно повышает качество и потребительский потенциал получаемых продуктов;

- использовать углеводородные субстраты с более высокой массовой долей железа (вплоть до 0,01 % для алканов и алкенов и до 10-3 % для метилароматических субстратов), что значительно расширяет сырьевую базу производства хлорированных (галогениро-ванных) углеводородов;

- упростить технологию производства за счет исключения стадии предварительной очистки углеводородных субстратов от примесей железа (кислот Льюиса) и/или стадии очистки целевых продуктов от нежелательных примесей и соответственно снизить себестоимость целевых галогенорганических продуктов;

- сократить общее количество сточных вод и отходов процесса и снизить техноген-ное воздействие производства на окружающую среду. 

1.3. Практическое использование трихлорметиларенов и продуктов неполного радикального хлорирования метилбензолов

Трихлорметиларены и с двумя трихлорметильными группами широко используются в промышленном органическом синтезе для получения различных хлорорганических продуктов. Так, известно применение ГХПК () в качестве активно действующего вещества для получения различных композиционных, многофункциональ-ных модификаторов резиновых смесей на основе ненасыщенных каучуков. Модифици-рующие свойства ГХПК основаны на его способности на первом этапе производства замедлять подвулканизацию резиновых смесей (т.е. выступать в качестве антискорчинга), а на втором этапе - ускорять их вулканизацию совместно с традиционными ускорителями вулканизации и заметно улучшать физико-механические характеристики целевых резин.

Синтезированный нами гексахлор-п-ксилол () без дополнительной очистки был использован в качестве активно действующего компонента при разработке новых оригинальных многофункциональных модификаторов для резиновых смесей. Так, в рамках исследования были разработаны и запатентованы два варианта многокомпонент-ного модификатора «Гексол М», а также разработана оригинальная технология его получения, отличающаяся простотой и экономичностью и характеризующаяся низким сырьевым индексом и минимальным негативным воздействием на окружающую среду.

Эффективность действия разработанных модификаторов была оценена в условиях ОАО «Волтайр», г.Волжский (Волжский шинный завод) при получении резиновых смесей на основе 100 массовых частей каучука СКИ-3, применяющихся в настоящее время на шинных заводах при производстве  радиальных шин.

Резины, содержащие новый модификатор, превосходят резину с серийным модификатором - гексолом ХПИ (ТУ 2471-005-00209906-94), взятым в той же дозировке, по следующим показателям: клейкости - на 22-66 кПа; уровню условного напряжения при удлинении 300 % - на 0,4-1,2 МПа; сопротивлению раздиру - на 4-7 кН/м; прочности связи резины с кордом 23 КНТС - на 18-29 Н. По остальным показателям резины с опытными образцами модификатора либо равноценны, либо превосходят резину с серийным модификатором гексолом ХПИ.

Разработанная нами технология получения нового модификатора «гексол М» была успешно апробирована в производственных условиях ОАО «Химпром», г.Волгоград путем выпуска опытно-промышленной партии модификатора (ТУ 2471-252-05763458-98), которая была успешно испытана в условиях промышленного производства в ОАО «Волтайр», г.Волжский при выпуске радиальных шин. Было установлено, что гексол М по своим потребительским и техническим свойствам не уступает другим выпускаемым в промышленном масштабе многофункциональным модификаторам на основе гексахлор-п-ксилола – гексолу ЗВИ (ТУ 2471-007-00209906-95), гексолу ХПИ (ТУ 2471-005-00209906-94) и гепсолу-ХКП (ТУ 6-01-5-81-97, СТО 00203275-220-2008), а по некоторым показателям целевых резин превосходит указанные модификаторы.

       Еще одним направлением практического использования трихлорметиларенов стало их успешное применение в качестве соединений, способных инициировать и поддержи-вать термическую полимеризацию циклооктасеры S8, регулировать рост полимерной цепи серы, стабилизировать её концевые фрагменты и препятствовать реверсии полимерной серы в циклооктасеру.

На примере гексахлорпараксилола был продемонстрирован эффект стабилизации полимерной серы, заключающийся во взаимодействии концевых атомов серы полимерной цепи с трихлорметильной группой, с атомом хлора или с дихлорбензильным радикалом с образованием производных серы, например, сульфенилхлоридов:

S-(S)n-S  +  Cl3C-C6H4-CCl3    Cl3C-C6H4-CCl2-S-(S)n-SCl                         

2(S-(S)n-S) + Cl3C-C6H4-CCl3    ClS-(S)n-S-Cl2C-C6H4-CCl2-S-(S)n-SCl        

S-(S)n-S  +  2Cl3C-C6H4-CCl2    Cl3C-C6H4-CCl2-S-(S)n-S-Cl2C-C6H4-CCl3         

       

Использование ГХПК в качестве стабилизатора полимерной серы позволяет не только повысить выход целевого продукта с 35-37 % (без стабилизатора) до 42-46 %, но и обеспечить его высокую стабильность при хранении за счет предотвращения реверсии полимерной серы в циклическую форму.

Выполненные нами исследования легли в основу разработанного и запатенто-ванного способа получения полимерной серы, в котором ключевыми стадиями процесса являются стадии термической полимеризации серы, стабилизации цепи гексахлор-пара-ксилолом и закалки (резкого охлаждения) полимеризата. 

В качестве инициаторов полимеризации циклооктасеры и стабилизаторов полимер-ной серы могут использоваться и другие ТХМА 2, в первую очередь, бифункциональный гексахлор-мета-ксилол () и высоко реакционноспособные о,о'-диметилзамещенные бензотрихлориды - 2,4,6-триметилбензотрихлорид (), 2,3,5,6-тетраметил- и 2,3,4,6-тетраметилбензотрихлориды () и ().

В результате исследований расширена область практического применения ТХМА 2 в химической, шинной и резинотехнической отрасли промышленности путем создания и применения оригинальных рецептур и экологически эффективных технологий получения высококачественного многофункционального модификатора резиновых смесей «гексола М» и получения «невыцветающего» вулканизующего агента - полимерной серы. 

2. Восстановительная конденсация трихлорметиларенов с гидразинами в пиридине.

2.1. Влияние соотношения реагентов на состав и природу продуктов

восстановительной конденсации

Ранее в лаборатории гетероциклических соединений ИОХ РАН было обнаружено, что взаимодействие трихлорметиларенов (ТХМА) 2 с гидроксиламином или гидразинами в пиридине приводит к ряду продуктов восстановительной конденсации: к оксимам 10 и нитрилам 11 (образуются при дегидратации оксимов 10) или к бензальдазинам 13 и гидразонам 16.

 

10, 11, 13: а Ar = C6H5; б Ar = 2,4-Me2C6H3; в Ar = 2,4,5-Me3C6H2; г Ar = 2,4,6-Me3C6H2

СХЕМА 3

В результате восстановительной конденсации бензотрихлорида () с гидразином, наряду с продуктом восстановления трихлорметильной группы - бензальдазином (13а), был также выделен с небольшим выходом 2,5-дифенил-1,3,4-оксадиазол (14а). 

Казалось очевидным, что роль восстановителя в этих превращениях играет гидроксиламин или гидразин, использовавшиеся в большом (5-10-кратном) избытке, однако попытки восстановить указанными реагентами соответствующие гидроксимоил- и гидразоноилхлориды, которые рассматривались в качестве наиболее вероятных интермедиатов, не дали чётких результатов – восстановление наблюдалось не во всех случаях. Оставалось неясным, на какой стадии идет восстановление трихлорметильной группы, и какова роль пиридина в этих реакциях.

Для выяснения этих вопросов нами было исследовано влияние молярного соотношения реагентов на природу и состав продуктов восстановительной конденсации. Так, было показано, что уменьшение избытка гидроксиламина вплоть до эквимолярного соотношения с ТХМА 2а,ж-и не приводит к существенному снижению выходов продуктов восстановления – оксимов 3. Аналогичные результаты были получены нами при варьировании количества гидразина в реакциях с ТХМА  2а,ж-и: при уменьшении количества гидразина основными продуктами реакции остаются соответствующие бензальдазины 13а-г, а в случае мезитотрихлорида выход азина 13г при эквимолярном количестве гидразина составил ~ 50 %. Неожиданным оказалось образование небольших количеств продуктов, которые по данным ИК-, ПМР-спектроскопии, масс-спектрометрии и элементного анализа были идентифицированы как не описанные ранее 4-пиридил-гидразоны замещенных бензальдегидов 20б-г.

 

  20б-г                  5-16 %                        21                20 %

20: Ar = 2,4-Me2C6H3 (б); Ar = 2,4,5-Me3C6H2 (в);  20г, 21 Ar = 2,4,6-Me3C6H2

Аналогичный продукт – 4-хинолилгидразон мезитоальдегида 21 (выход 20 %) был выделен и при взаимодействии мезитотрихлорида с гидразином в хинолине.

Таким образом, пиридин (хинолин) в процессе восстановительной конденсации является не только растворителем и основанием, связывающим выделяющийся хлороводород, а сам участвует в окислительно-восстановительных превращениях. Такая роль пиридина естественно объясняла и отмеченные выше хорошие выходы оксима 10г и альдазина 13г при эквимольных соотношениях трихлорида с гидроксиламином и гидразином. Дальнейшее исследование позволило выявить основные ступени механизма обсуждаемой реакции.

2.2 Природа восстановителя и механизм восстановительной конденсации

о,о-дизамещенных трихлорметиларенов с гидроксиламином или гидразинами в пиридине

Полагая, что пиридин непосредственно участвует в восстановлении трихлор-метильной группы, мы исключили из реакционной среды гидроксиламин и гидразин и исследовали непосредственное взаимодействие ТХМА 2а,ж-м с избытком пиридина в растворе хлороформа или хлористого метилена. Было показано, что первой ступенью взаимодействия между пиридином 22а и ТХМА 2а,ж-м является образование хлоридов 1-(α,α-дихлорбензил)пиридиния 23 (схема 4). Эти соли под действием второй молекулы пиридина могут претерпевать нуклеофильное замещение подвижного α-атома хлора дихлорметиленовой группы с образованием дихлорида 1,1’-(α-хлорбензил)биспиридиния (24). Согласно литературным данным, подобное направление реакции легко реализуется для родственных N-(α-галогеналкил)пиридиниевых солей, приводя к соответствующим биспиридиниевым солям. Нами впервые показано, что такое превращение характерно для монопиридиниевых солей 23, полученных из ТХМА 2а,ж,з,м, но не из стерически затрудненных о,о′-дизамещенных ТХМА 2и-л, (схема 4). 

2а,ж-м 22а                          23а,ж-м                         24а,ж,з,м                 58-93 %

2, 23, 24: Ar = Ph (a), Ar = 2,4-Me2C6H3 (ж); Ar = 2,4,5-Me3C6H2 (з); Ar = 2,4,6-Me3C6H2 (и);

Ar = 2,3,4,6-Me4C6H (к); Ar = 2,3,5,6-Me4C6H (л); Ar = 2,3,4,5-Me4C6H (м).

СХЕМА 4

Как известно, образование солей 23а и 24а рассматривалось в качестве начальных стадий реакции Фудживары, протекающей при взаимодействии бензотрихлорида с пиридином и водной щелочью, однако не было экспериментально подтверждено.

        Впервые полученные с хорошими выходами (58-93 %) биспиридиниевые соли 24а,ж,з были охарактеризованы спектрами ЯМР 1Н. 2-Метил-, 2,3-диметил- и 2,6-диметилпиридины и 8-метилхинолин в этих же условиях не вступают в реакцию с трихлоридами и , очевидно, вследствие стерических препятствий. Взаимодействие бензотрихлорида с пиридином в хлороформе не идет даже при нагревании, но происходит при кипячении бензотрихлорида в избытке пиридина, причем основным продуктом реакции является биспиридиниевая соль 24а. Монопиридиниевую соль 23а удается получить в виде стабильного гексахлорантимоната 23а (~ 50 %) при добавлении эквивалентного количества пиридина к предварительно полученной суспензии соли PhCCl2+SbCl6- в хлористом метилене.

       о,о′-Диметилзамещенные ТХМА 2и-л не образуют биспиридиниевых солей типа 24, очевидно, из-за стерических препятствий. Эти ТХМА, несомненно, способны к образованию монопиридиниевых солей типа 23, о чем свидетельствует успешное получение нами такой соли (23и) из мезитотрихлорида и 4-пиколина (86 %). Однако, подобные соли со свободным положением 4 пиридинового цикла выделить не удается, так как они вступают во взаимодействие с пиридином, которое может приводить не к биспиридиниевым солям 24, а к принципиально иным продуктам, указанным ниже.

Другой тип превращений монопиридиниевых солей 23, представленный на схеме 5, заключается в нуклеофильной атаке хлорид-анионом или пиридином стерически незатрудненного электронодефицитного положения 4 пиридиниевого цикла, что приводит к образованию N-замещенного 4-хлор-1,4-дигидропиридина 25 или N-замещенного 4-(1-пиридинио)-1,4-дигидропиридина 26. Ароматизация последнего с восстановлением одного из бензильных атомов хлора может привести к N-(4-пиридил)пиридиниевой соли 27. Еще один возможный путь образования соли 27 – ароматизация N-замещенного 1,4-дигидропиридина 25 до 4-хлорпиридиниевой соли 28 и превращение последней в соль 27. Отметим, что синтез 1-(4-пиридил)пиридиниевых солей из 4-галогенпиридинов известен.

Установлено, что при проведении реакции о,о’-дизамещенных бензотрихлоридов 2и-л с двумя молями пиридина в хлороформе или хлористом метилене в отсутствие гидроксиламина или гидразинов с хорошими выходами образуются соли 27и-л.

Строение N-(4-пиридил)пиридиниевых солей 27и-л подтверждено спектрами ЯМР 1Н в сухом ДМСО-d6, которые хорошо согласуются с литературными данными для N-(-хлоралкил)- и N-(-хлорарилметил)пиридиниевых солей (Anders E., Markus F., Meske H., Tropsch J.G., Maas G. // Chem. Ber., 1987, Bd. 120, S.735-745), а для соли 27и – также данными спектроскопии ЯМР 13С.

Гидролиз солей 27и-л в водном этаноле или водном ДМСО приводит с высокими выходами (до 95 %) к соответствующим замещенным бензальдегидам 29г-е и дихлориду N-(4-пиридил)пиридиния 30а. Гидролизаты гладко реагируют с гидроксиламином или  гидразинами, образуя соответствующие производные бензальдегидов 10, 13 или 16 с выходами 60-90 %.

Аналогичные результаты дает и взаимодействие трихлорида с пиридином в мольном соотношении 1 : 4, приводящее с высоким выходом (> 90 %) к соли 27и. Это свидетельствует о том, что подвижный атом хлора бензильного фрагмента соли 27и не может быть замещен находящимся в избытке пиридином из-за очевидных стерических препятствий. Взаимодействие мезитотрихлорида с пиридином в эквимолярном соотношении приводит к получению соли 27и с выходом 76 % в расчете на пиридин, причем в продуктах гидролиза реакционной смеси обнаружены 2,4,6-триметил-бензальдегид 29и, дихлорид 1-(4-пиридил)пиридиния 30а, непрореагировавший исходный трихлорид , а также незначительные количества гидрохлорида пиридина и 2,4,6-триметилбензойной кислоты.

       

  2: a Ar = Ph, ж Ar = 2,4-Me2C6H3, з Ar = 2,4,5-Me3C6H2, и Ar = 2,4,6-Me3C6H2,

к Ar = 2,3,4,6-Me4C6H, л Ar = 2,3,5,6-Me4C6H, м Ar = 2,3,4,5-Me4C6H.

  22: a R = H, б R = Me, в R = OH, г R = CONH2, д  R = COOEt, e R = Br.

          24: a Ar = Ph, б Ar = 2,4,-Me2C6H3, в Ar = 2,4,5-Me3C6H2, г 2,3,4,5-Me4C6H.

      28и: R = H, Ar = = 2,4,6-Me3C6H2;  30: а R = H, б R = Me, в R = OH. 

        31: а R = H, г R = CONH2, д  R = COOEt, e R = Br.

СХЕМА  5

Образование осадка соли 27и, малорастворимой в CDCl3 или CD2Cl2, наблюдается уже через 2-3 ч после смешения реагентов, а концентрации интермедиатов 23, 25 и 26, вероятно, настолько малы, что удается обнаружить помимо исходных соединений лишь до 8 мас.% соли 27и.  Можно предположить, что лимитирующей стадией реакции ТХМА с пиридином является образование монопиридиниевых солей 23, а последующие стадии протекают значительно быстрее. Добавление пентахлорида сурьмы к реакционной смеси в процессе взаимодействия трихлорида с пиридином позволило зафиксировать в виде гексахлорантимоната 28и 4-хлорпиридиниевую соль, что является убедительным доводом в пользу протекания реакции через образование соединений 25 и 28. При этом возможность образования соли 28и через 1-(4-пиридил)пиридиниевую соль типа 27 исключается, поскольку соль 27и при взаимодействии со SbCl5 гладко превращается в соответствующий гексахлорантимонат 27и. Кроме того, если при взаимодействии ТХМА с пиридином в хлороформе подвергнуть реакционную смесь гидролизу на ранних стадиях реакции, то по спектру ЯМР 1Н, наряду с пиридилпиридиниевой солью 30а, удается обнаружить 4-хлорпиридин 31а, а также гидрохлорид пиридина 22а•HCl, причем массовое соотношение продуктов 30а : 31а : 22а•HCl составляет ≈ 4:1:1.

       Соли типа 27 были получены с хорошими выходами лишь для о,о′-дизамещенных ТХМА 2и-л, однако такие соли удалось обнаружить и для стерически незатрудненных трихлоридов 2а,ж,з. Так, из продуктов взаимодействия трихлорида с пиридином в условиях, аналогичных использованным при синтезе солей 27и-л, наряду с биспиридиниевой солью 24ж, был выделен (после гидролиза) с выходом 4 % дихлорид N-(4-пиридил)пиридиния 30а. Бензотрихлорид , при обычной температуре довольно инертный по отношению к пиридину, вступает в реакцию при кипячении в избытке последнего, т.е. в условиях восстановительной конденсации, причем наряду с биспиридиниевой солью 24а было выделено небольшое количество (6 %) дихлорида 1-(4-пиридил)пиридиния 30а. Эти результаты подтверждают, что в отсутствие стерических затруднений нуклеофильное замещение атома хлора в соли 23 осуществляется значительно быстрее, чем атака хлор-анионом или пиридином положения 4 этой соли, а также объясняют снижение выходов продуктов восстановительной конденсации (азинов, оксимов) при переходе от мезитотрихлорида к моно-орто-метилзамещенным ТХМА 2ж,з,м и бензотрихлориду .

       В отсутствие дополнительных стерических препятствий образование N-(4-пиридил)пиридиниевых солей 27 можно ожидать при взаимодействии тех же трихлоридов 2и-л с замещенными пиридинами, нуклеофильность или сила которых как оснований не ниже, чем у пиридина 22а, например, с 3-замещенными пиридинами 22б,в, несущими электронодонорные заместители. И действительно, нами было показано, что 3-метил-пиридин 22б и 3-гидроксипиридин 22в образуют с ТХМА соли 27, которые при гидролизе дают 2,4,6-триметилбензальдегид 29и и дихлориды N-(3-R-пиридил-4)-3-R-пиридиния 30б,в (схема 5, путь А).

С целью обнаружения или выделения 1,4-дигидропиридиновых интермедиатов типа 25 или 26 мы использовали в исследуемой реакции 3-R-замещенные пиридины с электроноакцепторными заместителями, повышающими электрофильность положения 4 пиридинового цикла и стабилизирующими 1,4-дигидропиридиновую систему. При исследовании методом ЯМР 1Н продуктов реакции трихлорида с никотинамидом 22г был зафиксирован гидрохлорид 4-хлор-1,4-дигидроникотинамида (32). Ароматизация соответствующего указанному 1,4-дигидропиридину интермедиата 25 с восстановлением α,α-дихлорметиленовой группы приводит после гидролиза к гидрохлориду 4-хлор-никотинамида 31г и 2,4,6-триметилбензальдегиду 29и (схема 5, путь «Б» и схема 6).

2и  22г                         29и                  32  31г•HCl

СХЕМА 6

Аналогично протекает и взаимодействие мезитотрихлорида с этилникотинатом 22д, которое гладко приводит после гидролиза с выходами 60-65 % к 2,4,6-триметил-бензойному альдегиду (29и) и этиловому эфиру 4-хлорникотиновой кислоты (31д). Следует отметить, что в обоих рассмотренных случаях не были обнаружены соответствующие N-(4-пиридил)пиридиниевые соли типа 30, даже если в реакциях использовалось двойное молярное количество никотинамида или этилникотината. Такой результат легко объяснить с учетом как стерических препятствий атаке положения 4, так и пониженной (по сравнению с незамещенным пиридином) нуклеофильности никотинамида и 3-этоксикарбонилпиридина. Приведенные соображения согласуются и с результатами взаимодействия трихлорида с 3-бромпиридином (22е), которое после гидролиза приводит к 3-бром-4-хлорпиридину (31е) и альдегиду 29и (выходы продуктов около 65%):

2и  22д,е                          28                                 29и          31д,е  60-65 %

                        22, 28, 31: R = COOEt (д); R = Br (е)

СХЕМА 7

       Из полученных результатов следует, что перенос водорода с 1,4-дигидропириди-нового цикла на дихлорметиленовую группу происходит не в 1,4-дигидропиридил-пиридиниевых солях типа 26, а в N-замещенных 4-хлор-1,4-дигидропиридинах 25. Последние (после ароматизации) могут превращаться в соли типа 27 при отсутствии стерических затруднений и достаточной нуклеофильности пиридинового основания, как это имеет место для 3-пиколина (22б) и 3-гидроксипиридина (22в). В случае пиридинов 22г-е с более объемными заместителями в положении 3 (CONH2, COOEt, Br), которые к тому же понижают нуклеофильность атакующего пиридина, взаимодействие (схема 5, путь а и схема 7) останавливается на стадии образования солей N-(α-хлорбензил)-4-хлорпиридиния 28. Последние при гидролизе превращаются в замещенный бензальдегид 29 и 3-R-замещенные 4-хлорпиридины 31г-е, а при действии гидроксиламина или гидразинов – в соответствующие продукты восстановительной конденсации – оксимы и азины или гидразоны. 

       Важнейшей стадией процесса, определяющей все последующие превращения, является присоединение хлорид-аниона по положению 4 пиридиниевого катиона 23. Подобная атака хлорид-иона предполагалась как одна из ступеней механизма известного синтеза дихлорида N-(4-пиридил)пиридиния 30а из пиридина и хлористого тионила. Постулировалось, что первоначально образующийся хлорид N-(хлорсульфинил)-пиридиния превращается в 4-хлор-1-хлорсульфинил-1,4-дигидропиридин, который атакуется пиридином с замещением атома хлора и образованием 4-(1-пиридинио)-1,4-дигидропиридина типа 26, а последний в результате ароматизации дает 1-(4-пиридил)-пиридиниевую соль 30а. Следует отметить, что в литературе был рассмотрен и альтернативный механизм образования дихлорида 4-пиридилпиридиния 30а через ароматизацию 4-хлор-1-хлорсульфинил-1,4-дигидропиридина и нуклеофильное замеще-ние пиридином атома хлора в возникающей 4-хлорпиридиниевой соли. В нашей работе такой механизм впервые нашел прямое экспериментальное подтверждение, о чем свидетельствует обнаружение и выделение 1,4-дигидропиридина 32, 4-хлорпиридинов 31 и 4-хлорпиридиниевой соли 28и.

Ключевой стадией восстановительной конденсации о,о′-дизамещенных ТХМА 2и-л, на которой собственно и происходит восстановление, является формальный перенос гидрид-иона (26 27 в маршруте А или 25 28 в маршруте а). Сам факт переноса водорода с пиридинового кольца на бензильный атом углерода подтвержден тем, что при замене пиридина дейтеропиридином продуктом гидролиза соли 27и, полученной из трихлорида , оказывается альдегид 29и, дейтерированный по формильной группе.

Следует отметить, что механизм формального переноса гидрид-иона из положения 4 1,4-дигидропиридинового цикла был и в значительной степени остается предметом интенсивных дискуссий, связанных, прежде всего с ключевой ролью такого рода превращений в биохимических реакциях с участием НАДН. В настоящее время механизм, включающий перенос протона и двух электронов, по крайней мере, для биохимических процессов, является общепринятым. С этим механизмом (перенос протона и двух электронов) согласуется и наблюдавшийся нами изотопный обмен водорода при взаимодействии 2,3,4,6-тетраметилбензотрихлорида с дейтеропиридином в присутст-вии гидрохлорида дейтеропиридина C5D5NHCl. Продукт взаимодействия в этих условиях (после гидролиза) на 70 % оказался недейтерированным альдегидом 29к (схема 8).

СХЕМА 8

Показано, что в этих условиях дейтерообмен атома водорода α-хлорбензильной группы в пиридилпиридиниевых солях типа 27 не происходит. 

Таким образом, установлено, что в ходе окислительно-восстановительного процесса водород (дейтерий) переносится на дихлорметиленовую группу N-заместителя не в виде гидрид-иона или атома, а в виде протона (дейтерона), что и определяет высокую вероятность его обмена с другими протонами, присутствующими в реакционной среде. То есть механизм ключевой стадии сопряженного окисления-восстановления однозначно включает перенос протона и два одноэлектронных переноса из положения 4 пиридинового цикла к атому углерода дихлорметиленовой группы N-(α,α-дихлорбензил)-4-хлор-1,4-дигидропиридина 25.

Таким образом, окислительно-восстановительные превращения о,о’-дизамещенных ТХМА 2и-л под действием пиридиновых оснований 22, очевидно, включают следующие, последовательно протекающие стадии:

- нуклеофильное замещение подвижного атома хлора ТХМА 2и-л пиридиновым основанием по механизму SN1 с образованием хлорида N-(α,α-дихлорбензил)пиридиния  23;

- нуклеофильное присоединение хлорид-аниона по положению 4 пиридинового цикла соли 23 по механизму SET с образованием N-(α,α-дихлорбензил)-4-хлор-1,4-дигидропиридина 25;

- перенос протона и двух электронов из положения 4 пиридинового цикла N-(α,α-дихлорбензил)-4-хлор-1,4-дигидропиридина 25 к атому углерода дихлорметиленовой группы, синхронизированный с отщеплением хлорид-аниона от указанной группы, с ароматизацией пиридинового цикла и образованием N-(α-хлорбензил)пиридиниевой соли 28 (в альтернативе – аналогичный, но менее вероятный окислительно-восстановительный процесс превращения из 1-(α,α-дихлорбензил)-4-(1-пиридинио)-1,4-дигидропиридина 26 в N-(α-хлорбензил)пиридил-4-пиридиниевую соль 27);

- нуклеофильное замещение атома хлора в N-(α-хлорбензил)пиридиниевой соли 28 пиридиновым основанием с образованием N-(α-хлорбензил)пиридил-4-пиридиниевой соли 27 (справедливо только для сильных пиридиновых оснований - 22а-в).

2.3 Природа восстановителя и механизм восстановительной конденсации  стерически незатрудненных трихлорметиларенов с гидразинами в пиридине

В разделе 2.2 уже отмечалось, что бензотрихлорид и его метилзамещенные, несущие только одну метильную группу в орто-положении - ,з,м, практически не вступают во взаимодействие с пиридином и его замещенными в среде хлороформа или хлористого метилена при комнатной температуре, однако при кипячении в избытке пиридина образуют биспиридиниевые соли 24ж,з,м с примесью дихлорида 1-(4-пиридил)-пиридиния (выходы 4-6 %). То есть в отличие от высоко реакционноспособных о,о’-диметилзамещенных бензотрихлоридов 2и-л трихлорметиларены,ж,з,м (и вероятно, другие ТХМА с одним орто-заместителем) весьма инертны по отношению к пиридиновым основаниям и способны претерпевать превращения в более жестких условиях преимущественно по пути нуклеофильного замещения двух атомов хлора трихлорметильной группы на остаток пиридина с образованием биспиридиниевых солей 24. Последние, как было нами показано, практически не способны к окислительно-восстановительным превращениям с получением соответствующих ароматических альдегидов 29 (или их производных) и 4-хлор- или 4-пиридилзамещенных пиридинов.

Полученные нами экспериментальные данные и результаты других, последующих работ свидетельствуют о том, что для ТХМА,ж,з,м, характеризующихся невысокой реакционной способностью по сравнению с о,о’-диметилзамещенными ТХМА 2и-л, в условиях восстановительной конденсации может быть реализовано другое, альтернатив-ное изложенному в разделе 2.2 (схема 5) направление окислительно-восстановительных превращений, в котором доминирующим восстановителем выступает не пиридин, а гидразин или гидроксиламин.

Прежде всего, была рассмотрена возможность участия пиридиниевых солей типа 23 и 24 в восстановительной конденсации. Как нами было установлено, при нагревании соли 24а с гидрохлоридом гидразина в пиридине в присутствии воды (в условиях восстановительной конденсации) с высоким выходом получается бензойная кислота, а в отсутствие воды идет гетероциклизация с образованием 3,5-дифенил-1,2,4-триазола. В условиях восстановительной конденсации наблюдался также гидролиз соли 24б, полученной из 2,4-диметилбензотрихлорида и пиридина.

       Для выяснения возможных путей восстановительной конденсации необходимо было исключить превращение о,о’-дизамещенных бензотрихлоридов типа в пиридил-пиридиниевые и хлорпиридиниевые соли 27 и 28, а также другое характерное для трихлоридов типа превращение – нуклеофильное замещение атомов хлора группы ССl3 под действием О- и N-нуклеофилов (воды и гидразинов). 

С целью выявления направления восстановительной конденсации, не связанного с промежуточным образованием солей 27 и 28, было изучено взаимодействие мезитотрихлорида с гидразином в присутствии 2-пиколина или 4-пиколина. Эти метилпиридины не образуют с мезитотрихлоридом 4-хлор- или 4-пиридинио-пиридиниевых солей вследствие стерических препятствий. Однако, при этом 4-пиколин дает достаточно стабильную монопиридиниевую соль типа 23. Оказалось, что в обоих случаях наблюдается восстановительная конденсация с образованием 2,4,6-триметил-бензальдазина (13г, Ar = 2,4,6-Ме3С6Н2) (схема 9, путь 1). Взаимодействие мезитотри-хлорида с гидразином в присутствии 2,6-лутидина, неспособного к образованию соответствующих пиридиниевых солей, приводит к продукту неполного восстановления – N-(2,4,6-триметилбензоил)гидразону 2,4,6-триметилбензальдегида 19г (схема 9, путь 2).

13г 2и  19г

, 13г, 19г: Ar = 2,4,6-Me3C6H2

СХЕМА 9

Таким образом, восстановительная конденсация ТХМА с гидразином может проходить без образования пиридиниевых солей 27 и 28, а биспиридиниевые соли 24 в этих условиях не реагируют с гидразином.

На примере восстановления N’-фенилбензогидразоноилхлорида 33а (Ar = R = Ph, R’ = H), было показано, что гидразоноилхлориды 33 способны восстанавливаться под действием гидразина и его замещенных в условиях восстановительной конденсации (0,5 ч кипячения в водном пиридине):

33                                34  40 %

СХЕМА 10

В то же время N,N-диметил-2,4,6-триметилгидразоноилхлорид (33б, Аr = 2,4,6-Me3C6H2, R = R’ = Me) и соответствующий ему гидразоноилбромид 33в не изменяются при кипячении с 4-кратным избытком N,N-диметилгидразина в пиридине (схема 11).

33 29 34  2и

Ar = 2,4,6-Me3C6H2; X = Cl (б), Br (в)

СХЕМА 11        

Различие в поведении гидразоноилгалогенидов 33 нельзя объяснить только пространственными препятствиями или недостаточной активностью диметилгидразина как восстановителя. Так, с одной стороны, нами было показано, что мезитотрихлорид при взаимодействии с диметилгидразином в присутствии пиридина дает с суммарным выходом более 80 % смесь 2,4,6-триметилбензальдегида 29и и его N,N-диметилгидразона (34б, Ar = 2,4,6-Me3C6H2, R = R’ = Me; схема 11). С другой стороны, N,N-диметилгидразон 34б был также получен с выходом 37 % при взаимодействии мезитотрихлорида с N,N-диметилгидразином в присутствии 2,6-лутидина.

Еще один возможный интермедиат восстановительной конденсации - N,N-Бис(α-хлорбензилиден)гидразин 18а не изменяется при действии пиридина, а в присутствии избытка гидразина и пиридина дает с небольшим выходом бензальдазин 13а (9 %), но основным продуктом взаимодействия оказывается продукт гетероциклизации - 3,6-дифенил-1,2-дигидро-1,2,4,5-тетразин 35 (37 %):

  18 13 35  37 %

13а, 18а, 35а, Ar = Ph

СХЕМА 12

       Полученные данные не позволяли однозначно считать гидразоноилхлориды 33 интермедиатами восстановительной конденсации. В связи с этим была рассмотрена возможность превращения в гидразоны и азины некоторых соединений, которые могут образоваться из гидразоноилхлоридов в условиях восстановительной конденсации. Учитывая неоднозначность результатов, полученных при попытках восстановления гидразоноилхлоридов, необходимо отметить, что эти опыты проводились в присутствии пиридина и, следовательно, могли возникать гидразоноилпиридиниевые соли типа 36. В использованных условиях в результате взаимодействия гидразоноилхлоридов с гидразинами могли образоваться также гидразидины 37. Наконец, в присутствии основания гидразоноилхлориды (при R’ = H) могли претерпевать дегидрохлорирование, приводящее к нитрилиминам 38.

  36  37 38

       Поскольку пиридиниевые соли не подвергаются восстановительной конденсации, можно предположить, что и образование солей типа 36 лишь затрудняет или делает невозможным восстановление гидразоноилхлоридов. То, что эта реакция восстановления идет и в отсутствие пиридина, было показано на примере взаимодействия бензотри-хлорида с N,N-диметилгидразином.

Восстановление гидразидина 37 избытком гидразина до гидразона также представляется маловероятным, поскольку эти довольно лабильные соединения очень легко окисляются до формазанов, а восстановление гидразином гидразидинов, в том числе образующихся из гидразоноилхлоридов не наблюдается. Можно полагать, что образование гидразидинов 37, а также тетразина 35 является «тупиковым» процессом, не приводящим к продуктам восстановительной конденсации. В согласии с этим предположением находится и тот обнаруженный факт, что стабильный аналог гидразидинов – N-гидроксимезитоамидоксим – не изменяется в условиях восстановительной конденсации ТХМА с гидроксиламином в пиридине. Что касается возможности образования нитрилиминов 38 в условиях восстановительной конденсации, то реализация этого процесса не подтверждается (см. Беленький Л.И., Луйксаар С.И., Чувылкин Н.Д., Краюшкин М.М. // Изв. АН, Серия хим., 2000, № 5, С.888-895). Известно, в частности, что дифенилнитрилимин (38, R = Ar = Ph) генерируется из N-фенилбензгидразоноилхлорида в присутствии пиридина и присоединяется к последнему по схеме 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием 1,3-дифенил-сим-триазоло[4,3-a]-пиридина, который может быть идентифицирован в виде тетрафторбората 1,3-дифенил-сим-триазоло[4,3-а]-пиридиния. В условиях восстановительной конденсации бензотрихлорида был выделен фенилгидразон бензальдегида (34, Ar = R = Ph, R’ = H), но не удалось обнаружить образования как упомянутого тетрафторбората, так и аддукта дифенилнитрилимина со стиролом. По всей видимости, восстановление гидразоноил-хлорида 33 идет быстрее, чем его дегидрохлорирование с образованием нитрилимина.

Таким образом, второе направление восстановительной конденсации стерически незатрудненных ТХМА 2 с гидразинами в пиридине реализуется с участием гидразинов в качестве восстановителей и образованием  αα,αα-дихлорбензилгидразина PhCCl2NN’RR’ 39 и гидразоноилхлоридов 33 в качестве интермедиатов.

       Резюмируя все изложенное, можно констатировать:

- в условиях восстановительной конденсации ТХМА 2 с гидразинами или гидроксиламином в пиридине могут протекать три конкурирующие направления превращений, два из которых приводят к продуктам восстановления трихлорметильной группы, а третье направление – к продуктам гетероциклизации (1,2,4-оксадиазолам, 1,3,4-оксадиазолам, 1,2,4,5-тетразинам);

- доминирующее направление превращений ТХМА определяется его строением и реакционной способностью; 

- наиболее реакционноспособные о,о’-дизамещенные ТХМА 2и-л в условиях восстановительной конденсации или в более мягких условиях (в хлороформе или в хлористом метилене) преимущественно вступают в окислительно-восстановительные превращения с пиридином или его 3-R-замещенными с получением соответствующих ароматических альдегидов 19 или их производных и 4-хлорпиридинов 31 или 1-(4-пиридил)пиридиниевых солей 30; для этих ТХМА процессы восстановления гидразином (гидроксиламином) и гетероциклизации в данных условиях практически не реализуются; 

- бензотрихлорид в условиях восстановительной конденсации подвергается превращениям по трём направлениям, из которых основным (доминирующим) является процесс восстановления трихлорметильной группы под действием гидразина (гидроксил-амина) и минорными процессами – гетероциклизация и восстановление под действием пиридина; 

- стерически незатрудненные метилзамещенные ТХМА 2 в условиях восстано-вительной конденсации подвергаются превращениям по всем трём направлениям, из которых основными являются процессы восстановления трихлорметильной группы под действием гидразина (гидроксиламина) и пиридина в качестве восстановителей, а процесс гетероциклизации является минорным или вообще не реализуется;

- взаимодействие о,о’-дизамещенных ТХМА 2и-л с пиридином или с его 3-R-замещенными в хлороформе или хлористом метилене представляет собой новый удобный и эффективный метод получения соответствующих ароматических альдегидов и 4-хлор-3-R-пиридинов или 1-(3-R-пиридил-4)-3-R-пиридиниевых солей;

-  о,о’-дизамещенные ТХМА 2и-л можно рассматривать в качестве «мягких», -селективных хлорирующих агентов по отношению к пиридину, его 3-R-замещенным и хинолину;

- восстановление трихлорметильной группы ароматических и гетароматических соединений с непосредственным участием пиридиновых оснований в окислительно-восстановительных превращениях носит общий характер и может быть инициировано действием сильных нуклеофилов, причем механизм и направление превращений определяются как строением и реакционной способностью исходного ароматического или гетероароматического соединения, так и природой нуклеофила. 

3. Реакции некоторых N- и С-нуклеофилов с солями пиридиния,

полученными из о,о-диметилзамещенных трихлорметиларенов.

3.1. Взаимодействие о,о-диметилзамещенных ТХМА с аминопиридинами

Монопиридиниевые 23, биспиридиниевые 24, а также 1-(4-пиридил)пиридиниевые и 4-хлорпиридиниевые соли 27 и 28 (схема 5) имеют несколько электрофильных центров, которые могут подвергаться нуклеофильной атаке. Так, в рассмотренных в разделе 2.2 превращениях N-(4-пиридил)пиридиниевых или 4-хлорпиридиниевых солей 27 и 28 действие воды или водного этанола приводит к альдегидам 29 и гидрохлоридам 3-R-4-хлорпиридинов 31 или к солям пиридилпиридиния 30, то есть направляется на электрофильный хлорбензильный атом углерода с замещением пиридиниевого остатка и атома хлора на атом кислорода. Аналогичное направление нуклеофильной атаки реализуется и при действии гидразинов или гидроксиламина на соли 27, 28 непосредственно приводя к соответствующим продуктам восстановительной конденсации – гидразонам или оксимам. 

Некоторые превращения, не связанные с восстановлением ТХМА, также могут протекать через стадию образования монопиридиниевых солей типа 23 с последующим нуклеофильным замещением одного или двух атомов хлора α,α-дихлорбензильной группы. Так, это направление реализуется при получении биспиридиниевых солей 24 из стерически незатрудненных ТХМА 2 и пиридина.

Другим превращением указанного типа является взаимодействие о,о-диметил-замещенных ТХМА 2 с 2-аминопиридинами, изученное нами на примере реакций мезитотрихлорида с 2-аминопиридином 22ж или 2-амино-5-бромпиридином 22з при молярном соотношении ТХМА : аминопиридин, равном 1 : 2. Это взаимодействие, осуществляемое в мягких условиях в хлороформе, приводит к необычным амидинам 40а,б с выходами 51-54 % (схема 13).

2и  22 R = H (ж); R = Br (з)                         40 R = H (a); R = Br (б)

СХЕМА 13

Строение этих соединений подтверждается данными спектроскопии ЯМР 1Н и 13С, ИК-спектров, а также результатами масс-спектрометрии и элементного анализа.

Образование таких «аномальных» продуктов, вероятно, протекает через стадию образования монопиридиниевой соли типа 23, которая вследствие пониженной электрофильности пиридинового цикла и, в частности, положений 4 и 6, не способна к нуклеофильному присоединению хлорид-аниона и атакуется аминогруппой второй молекулы пиридина с замещением подвижных атомов хлора дихлорметиленового фрагмента. Нуклеофильное замещение атома хлора указанного фрагмента эндоцикли-ческим атомом азота второй молекулы пиридина с образованием биспиридиниевых солей 24, очевидно, невозможно из-за стерических препятствий как со стороны о-метильных групп мезитильного остатка, так и о-аминогруппы пиридинового фрагмента.

Таким образом, на примере реакций мезитотрихлорида с 2-аминопиридинами показано, что взаимодействие реакционноспособных о,о-диметилзамещенных ТХМА 2и-л с пиридинами, имеющими два нуклеофильных центра, может протекать без восстанов-ления трихлорметильной группы.

Однако не все замещенные пиридины, имеющие два нуклеофильных центра, одним из которых является эндоциклический атом азота, способны претерпевать превращения под действием о,о-диметилзамещенных ТХМА по обнаруженному направлению. В связи с этим следует упомянуть, что описанное в разделе 2.2 взаимодействие мезитотрихлорида с 3-гидроксипиридином (22в), тоже имеющим два нуклеофильных центра, приводит к продуктам восстановления трихлорметильной группы – мезитоальдегиду 29и и соответствующей соли 1-(4-пиридил)пиридиния 30в (схема 5).

Очевидно, что направление взаимодействия о,о-диметилзамещенных ТХМА 2и-л с замещенными пиридинами, имеющими два нуклеофильных центра, определяется строением и реакционной способностью исходного пиридинового основания и, в частности, зависит от реакционной способности и расположения каждого нуклеофильного центра.

3.2. Реакции гетарилирования с участием пиридиниевых солей, полученных

из о,о-диметилзамещенных трихлорметиларенов

Одним из центров нуклеофильной атаки пиридиниевых солей 23 или 24 (схемы 4 и 5) является положение 4 пиридинового цикла, что приводит к 4-замещенным пиридинам, в частности, к 4-хлорпиридинам 31 или к солям 1-(4-пиридил)пиридиния 27 и 30. Образование 4-пиридилгидразонов и 4-хинолилгидразона ароматических альдегидов 20б-г и 21 в условиях восстановительной конденсации ТХМА 2ж-и с гидразином также является примером такого направления нуклеофильной атаки. В присутствии сильного нуклеофила – гидразина происходит конкурирующее замещение гидразином (а не пиридином) атома хлора в положении 4 хлорпиридиниевых солей 28, причем образуется 4-пиридилгидразин, который при взаимодействии с соответствующими альдегидами 29 дает 4-пиридилгидразоны 20б-г. Аналогичное объяснение справедливо и для образования 4-хинолилгидразина, превращающегося в соответствующий гидразон 21.

        28                                                          29

СХЕМА 14

Образование 4-пиридилгидразина и 4-хинолилгидразина можно рассматривать в качестве первых примеров реакции гетарилирования гидразина, по всей видимости, протекающей с участием соответствующих 4-хлорпиридиниевых (и 4-хлорхинолиниевых) солей 28 или 31.

Одной из задач настоящей работы было выяснение способности пиридиниевых солей 23, 24, 27 и 28 вступать во взаимодействие с различными N- и C-нуклеофилами по схеме реакции гетарилирования, по одному из положений 2 или 4 пиридинового цикла. Решение этой задачи позволило бы выявить и оценить синтетические возможности пиридиниевых солей, генерируемых in situ из доступных исходных реагентов, с целью получения замещенных пиридиновых и хинолиновых оснований.

На примере мезитотрихлорида было показано, что о,о-диметилзамещенные ТХМА 2и-л при взаимодействии с пиридином в хлороформе или хлористом метилене образуют пиридиниевые соли, способные в присутствии пиперидина или морфолина давать продукты гетарилирования. Так, в исследованных нами превращениях, наряду с 2,4,6-триметилбензойным альдегидом 29и, охарактеризованным в виде азина 13г, были получены 4-пиперидинопиридин 41 или 4-морфолинопиридин 42 с выходами соответст-венно 48 % и 57 % (схема 15).

2и--л                                                                         41 Х = NН;  42 X = O

СХЕМА 15

       

Из литературных данных известно, что практически все N-нуклеофилы, в том числе первичные и вторичные алифатические и ароматические амины (за редким исключением), относятся к «жестким» нуклеофилам и, как правило, демонстрируют высокую -селективность присоединения к катионам 1-алкил- и 1-арилпиридиния. Так, ранее было описано присоединение пиперидина к 1-алкил-3-R-замещенным катионам пиридиния, в котором пиперидин выступает как «жесткий» нуклеофил, проявляя исключительно кинетическую -селективность и образуя продукты 1,6-присоединения. Учитывая эти данные, можно констатировать, что исключительная γ-селективность обнаруженных нами реакций гетарилирования пиперидина и морфолина объясняется тем, что эти реакции протекают последовательно через стадии образования пиридиниевых солей 23 и 28. По всей видимости, именно нуклеофильное замещение пиперидином или морфолином атома хлора в 4-хлорпиридиниевой соли 28и (Ar = 2,4,6-Me3C6H2) ответственно за образование указанных продуктов гетарилирования: 4-пиперидино-пиридина (41) или 4-морфолинопиридина (42) по схеме 16:

              28и                                

СХЕМА 16

Альтернативным путем получения соединений 41, 42 может быть замещение атома хлора в положении 4 гидрохлорида 4-хлорпиридина 31а соответствующим вторичным амином (схема 17). Однако этот путь представляется менее вероятным, поскольку гидрохлорид 4-хлорпиридина (31а) обладает меньшей реакционной способностью (меньшей электрофильностью) по сравнению с N-замещенной солью 28и

СХЕМА 17

       Как уже упоминалось выше, одной из задач настоящей работы являлось выяснение способности пиридиниевых солей типа 23, 24, 27 и 28 вступать во взаимодействие с различными нуклеофилами, в том числе с C-нуклеофилами, по типу реакции гетарилирования. В качестве реагентов для получения наиболее реакционноспособных пиридиниевых солей нами также были выбраны мезитотрихлорид и незамещенный пиридин, а в качестве С-нуклеофилов - -избыточные ароматические системы: N,N-диметиланилин и индол. При этом в мягких условиях были получены соответствующие 4-замещенные пиридины – 4-(4-диметиламинофенил)пиридин 43 и 4-(3-индолил)пиридин 44 с выходами 30 % и 53 % (схемы 18 и 19):

  2и                                          29и                 43       30 %

СХЕМА 18

                                         29и                 44       53 %

СХЕМА 19

В случае гетарилирования индола наряду с соединением 44 с небольшим выходом (7 %) был выделен 4-(3-индолил)-1-(4-пиридил)-1,4-дигидропиридин 45, получение которого можно рассматривать как первый пример непосредственного присоединения С-нуклеофила к N-замещенной N-(4-пиридил)пиридиниевой соли 27и: 

      27и                                                 29и                         45         7 %

СХЕМА 20

γ-Селективность этих реакций гетарилирования определяется, по всей видимости, как экранированием α-положений пиридиниевой соли объемным N-заместителем – α,α-дихлор-2,4,6-триметилбензильной группой, так и «мягкой» нуклеофильностью π-избыточ-ных систем N,N-диметиланилина и индола, которые атакуют наиболее «мягкий» электрофильный центр С-4 одной из солей пиридиния 23, 28и или 27и.

Касательно образования 4-(3-индолил)-1-(4-пиридил)-1,4-дигидропиридина 45 можно отметить, что аналогичные замещенные 1-(4-пиридил)-1,2- и 1,4-дигидропиридины 46 и 47 были получены при взаимодействии 1-(3-R,5-R-4-пиридил)-3-R,5-R-пириди-ниевых солей 30а,б,г (где R = H, Me; R = H, Me) с трёххлористым фосфором и этанолом (Boduszek B., Wieczorek J.S. // Synthesis, 1979, № 6, p.454).

Рассматривая возможный механизм образования продуктов гетарилирования 41-44 и 45, можно констатировать, что вряд ли он реализуется по типу реакций нуклеофильного замещения N- или C-нуклеофилом остатка пиридиния в 1-(4-пиридил)пиридиниевых солях типа 30а, поскольку подобные превращения протекают в достаточно жестких условиях, отличных от используемых нами «мягких» реакционных условий. С другой стороны, не исключена возможность реакций указанных «жестких» N-нуклеофилов и «мягких» C-нуклеофилов с гидрохлоридом 4-хлорпиридина 31а, образующимся по схеме 6. Как известно, реакции различных нуклеофилов с 4-хлорпиридинами успешно используются для синтеза соответствующих 4-замещенных пиридинов.

Принимая во внимание мягкие условия изученных нами реакций с N- и С-нуклеофилами, трудно однозначно сказать, какая из солей 23, 28 или 31 ответственна за образование продуктов гетарилирования. Отметим при этом, что одними из наиболее изученных и эффективных реагентов гетарилирования являются N-ацилпиридиниевые соли, которые можно рассматривать как близкие аналоги пиридиниевых солей типа 23 и 28, несущие N-заместитель с подобными акцепторными свойствами.

Чтобы проверить способность моно- и биспиридиниевых солей типа 23 и 24 вступать в реакцию гетарилирования, мы попытались получить 4-пиперидино- или 4-морфолинопиридины 41 и 42 с использованием вместо мезитотрихлорида бензотрихлорида , который образует с пиридином биспиридиниевую соль 24а, но не способен в этих условиях к сколько-нибудь заметному образованию 1-(4-пиридил)-пиридиниевых и 4-хлорпиридиниевых солей 27 и 28. Однако эти попытки не привели к успеху: лишь при кипячении реагентов в хлороформе с выходом 4 % был выделен 4-пиперидинопиридин 41. Не удалось также получить желаемые продукты гетарилирования из достаточно стабильной биспиридиниевой соли 24а, предварительно полученной из бензотрихлорида и пиридина. При кипячении в хлороформе соли 24а и пиперидина с последующим добавлением гидразингидрата к реакционной смеси с выходом 7 % был выделен лишь 3,6-дифенил-1,2-дигидро-1,2,4,5-тетразин 35а.

Следовательно, по отношению к указанным «жестким» N-нуклеофилам и «мягким» C-нуклеофилам нестабильные монопиридиниевые соли типа 23 и биспиридиниевые соли 24, получаемые из стерически незатрудненных ТХМА 2а,ж,з и пиридина, недостаточно реакционноспособны для взаимодействия по типу реакций гетарилирования, т.е. по электрофильному положению 2 или 4 пиридиниевого катиона. В то же время монопиридиниевые соли типа 23 и, еще более вероятно, N-замещенные 4-хлорпири-диниевые соли 28, генерируемые из о,о-диметилзамещенных ТХМА 2и-л и пиридина, являются достаточно реакционноспособными и удобными гетарилирующими агентами для N- и C-нуклеофилов. При этом реакции гетарилирования характеризуются исключительно γ-селективностью по отношению к пиридину. Эта селективность, как можно полагать, определяется как стерическим экранированием α-положений пиридиниевой соли 23 объемным N-заместителем - α,α-дихлор-2,4,6-триметилбензильной группой, так и тем, что гетарилирование «жестких» N-нуклеофилов протекает, по всей видимости, как нуклеофильное замещение атома хлора в положении 4 пиридиниевой соли 28 или гидрохлорида 4-хлорпиридина 31а. В случае же C-нуклеофилов γ-селективность гетарилирования обусловлена не только стерическим экранированием α-положений пиридиниевой соли 23 объемным N-заместителем, но и известным «мягким» характером используемых С-нуклеофилов - -избыточных ароматических соединений.

Таким образом, можно констатировать, что пиридиниевые соли типа 23 и 28, генерируемые из о,о-диметилзамещенных ТХМА 2и-л из пиридина или из 3-R-замещенных пиридинов, являются весьма реакционноспособными и относительно удобными гетарилирующими агентами для различных N- и C-нуклеофилов и могут успешно использоваться для синтеза соответствующих 4-замещенных пиридинов. Принципиальным отличием реакций гетарилирования нуклеофилов с участием пиридиниевых солей 23 и 28, генерируемых из о,о-диметилзамещенных ТХМА 2и-л и пиридина, от реакций гетарилирования с участием других N-замещенных катионов пиридиния является обязательная ароматизация промежуточно возникающих 1,4-дигидропиридинов с одновременным восстановлением α,α-дихлорбензильной группы N-заместителя.

С учетом известных литературных данных и на основании полученных нами экспериментальных результатов, можно сделать следующие выводы:

- пиридиниевые соли, генерируемых in situ из о,о-диметилзамещенных ТХМА 2и-л и пиридина, весьма близки по своей реакционной способности и свойствам к катионам 1-ацилпиридиния и могут вступать аналогично последним в реакции присоединения (гетарилирования) с различными нуклеофилами;

- о,о-диметилзамещенные ТХМА 2и-л являются удобными алкилирующими агентами, способными эффективно и γ-селективно активировать пиридиновые основания в их реакциях с «жесткими» и «мягкими» нуклеофилами.

4. Реакции трихлорметиларенов с N-, O- и S-нуклеофилами, протекающие

без восстановления трихлорметильной группы

4.1 Синтезы 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов на основе

трихлорметиларенов и ацилгидразинов

Ранее при изучении реакции восстановительной конденсации ТХМА с гидразинами и гидроксиламином было обнаружено, что в случае трудно восстанавливающегося бензотрихлорида наблюдается конкуренция между восстановительной конденсацией и гетероциклизацией (раздел 2.1, схема 3). 

В связи с этим, одной из задач настоящего исследования было выявление таких условий взаимодействия ТХМА 2 с гидразином или его замещенными, которые были бы оптимальны для селективной гетероциклизации, приводящей к 2,5-дизамещенным 1,3,4-оксадиазолам, и позволили бы полностью исключить или свести к минимуму восстановительную конденсацию с образованием азинов 13 или гидразонов 16.

С этой целью было изучено взаимодействие ТХМА 2 с семикарбазидом и тиосемикарбазидом в условиях восстановительной конденсации и в модифицированных условиях. При взаимодействии ТХМА ,ж с семикарбазидом 48а или тиосемикарбазидом 49а в пиридине, помимо соответствующих семикарбазонов и тиосемикарбазонов ароматических альдегидов 50, 51, с выходами до 30 % были выделены 2-амино-5-фенил-1,3,4-оксадиазол 52а и 2-амино-5-арил-1,3,4-тиадиазолы 53а,б

При этом соотношение двух конкурирующих процессов существенно зависит от строения ТХМА и определяется относительной легкостью восстановления последнего: для бензотрихлорида выходы 1,3,4-оксадиазола 52а и 1,3,4-тиадиазола 53а были выше, чем выходы продуктов восстановительной конденсации 50а и 51а. В случае же 2,4-диметилбензотрихлорида продукты обеих реакций получались в соотношениях ~ 1:1, а 2,4,6-триметилбензотрихлорид давал только соответствующие продукты восстановле-ния – семикарбазон 50в  и тиосемикарбазон 51в.

Изменение условий проведения процесса, и в частности использование в качестве растворителя смеси пиридин – метанол, в общем случае привело к увеличению выходов продуктов гетероциклизации – 52а и 53а,б. Так, при взаимодействии бензотрихлорида с семикарбазидом 48а или тиосемикарбазидом 49а в метанольно-пиридиновой смеси единственными продуктами превращений оказались соответственно 2-амино-5-фенил-1,3,4-оксадиазол 52а и 2-амино-5-фенил-1,3,4-тиадиазол 53а с выходами 63 % и 60 % (схема 21).

  ,ж,и  48а Х = О                 50 X = O                 52а: Ar = Ph, X = O (63 %)

                 49а Х = S                 51 X = S                 53: а Ar = Ph; б Ar = 2,4-Me2C6H3

СХЕМА 21

Таким образом, было показано, что использование в качестве растворителя смеси пиридина и метанола позволяет свести к минимуму процесс восстановительной конденсации (за исключением высоко реакционноспособного мезитотрихлорида ) и существенно повысить выход продуктов гетероциклизации – 2-амино-5-арил-1,3,4-оксадиазолов (52) или 1,3,4-тиадиазолов (53).

С целью оптимизации условий гетероциклизации и выявления зависимости выхода целевых продуктов от строения и реакционной способности реагентов, мы изучили особенности взаимодействия шести ТХМА (2а,ж-и,м,н), отличающихся наличием и характером заместителей, и двенадцати гидразидов: семикарбазида (48а), производных алифатических (48б), ароматических (48в-з) и гетероциклических (48и-н) карбоновых кислот в различных условиях, отличных от условий восстановительной конденсации. Общая схема исследуемых превращений ТХМА 2 с целью получения  2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов приведена ниже (схема 22).

Логичным способом оптимизации условий гетероциклизации мог бы быть отказ от использования в качестве растворителя пиридина, поскольку последний, как показано нами выше, участвует в самом акте восстановления. Однако первые попытки исключить участие пиридина в исследуемой реакции не привели к успеху.

                       

                                                                                                               

                                                                                                                                                                                                               

                                                                                                               

                                                                                                               

                                                                                                               

  27                                  16, 19, 50

СХЕМА 22

Так, в спиртовом растворе в присутствии карбоната натрия как основания при использовании метанола или этанола в качестве растворителей с переходом от бензотрихлорида к его метилзамещенным и 2з,и резко ускоряется алкоголиз трихлорметиларенов. При этом основными продуктами реакции становятся сложные эфиры соответствующих замещенных бензойных кислот, а выходы оксадиазолов 14, 52, 54 не превышают 25 %. В случае же мезитотрихлорида эфиры 2,4,6-триметил-бензойной кислоты оказались единственными продуктами реакции с выходом до 88 %.

Аналогичные результаты были получены при использовании морфолина или пиперидина в качестве оснований при взаимодействии 2,4,5-триметилбензотрихлорида с 2-гидроксибензгидразидом 48г в метанольном растворе: выходы 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазола 14н колебались в пределах 12-22 %, причем основным продуктом реакции оказался метиловый эфир 2,4,5-триметилбензойной кислоты (выходы 56 % и 63 %).

Применение же в качестве растворителя и основания триэтиламина, хотя и исключает возможность алкоголиза, не приводит к увеличению выхода оксадиазолов. При взаимодействии в метаноле или этаноле в отсутствие основания преимущественно протекает алкоголиз трихлорметиларенов.

Из апробированных условий наиболее оптимальные результаты даёт кипячение реагентов в течение 6-15 часов в метанольно-пиридиновом или этанольно-пиридиновом растворе при объемном соотношении спирт : пиридин от 2:1 до 5:1. В этих условиях выходы целевых 1,3,4-оксадиазолов находятся в пределах 22-97 % и заметно превышают выходы, достигаемые в других условиях. Добавление карбоната натрия к спиртово-пиридиновой смеси приводит лишь к снижению выхода 1,3,4-оксадиазолов 14 и 54 вследствие более эффективного алкоголиза ТХМА, промотируемого неорганическим основанием.

Рассматривая влияние природы исходных реагентов на выходы 1,3,4-оксадиазолов 14, 52 и 54, можно констатировать, что эффект строения ароматических гидразидов 48 проявляется довольно умеренно. Для реакций ТХМА ,ж-и,м с гидразидами кислот гетероароматического ряда 48и-м характерно некоторое снижение выхода целевых продуктов 54а-о по сравнению с выходами оксадиазолов 14 в реакциях ТХМА с гидразидами ароматических кислот 48в-з, причем особенно отчётливо это снижение проявляется для гидразидов 48и,к – производных 4,5-дибром-2-фуранкарбоновой и 2-тиофенкарбоновой кислот.

При переходе от незамещенного бензотрихлорида к метилзамещенным ТХМА 2ж,з,и выходы 1,3,4-оксадиазолов в одинаковых условиях, как правило, снижаются с увеличением числа метильных групп в ароматическом кольце, что объясняется ускорением в том же гомологическом ряду параллельно протекающего алкоголиза ТХМА. В случае превращений наиболее реакционноспособного и легко восстанавливающегося 2,4,6-триметилбензотрихлорида даже в оптимальных для гетероциклизации условиях, то есть при нагревании ТХМА и гидразида в спиртово-пиридиновом растворе, целевые 1,3,4-оксадиазолы получить не удается. Причем в этих условиях получаются лишь продукты двух конкурирующих процессов: замещенные гидразоны мезитоальдегида (19, 50), образующиеся в результате восстановительной конденсации, и эфиры 2,4,6-три-метилбензойной кислоты, получающиеся в результате алкоголиза трихлорида .

С целью выяснения механизма взаимодействия бензотрихлоридов 2 с гидразидами 48 в спиртово-пиридиновом растворе и, в частности, выяснения роли пиридина, мы проверили возможность участия в гетероциклизации моно- (23) и биспиридиниевых солей (24), возникающих при взаимодействии трихлорметиларенов с пиридином по схеме 5. Нами было показано, что предварительно полученная биспиридиниевая соль 24з (Ar = 2,4,5-Me3C6H2) способна при взаимодействии с бензгидразидом 48в в метаноле превращаться в оксадиазол 14м (выход составил 14 %), однако, обнаружить образование солей 24 в указанных условиях гетероциклизации так и не удалось. С другой стороны, в условиях гетероциклизации могут образовываться N,N’-диароилгидразины 17 или N-ароил-N-гетароилгидразины, например, в результате алкоголиза трихлорметиларенов. В частности, при взаимодействии 2,4,5-триметилбензотрихлорида с салицилгидразидом 48г в метанольно-пиридиновом растворе наряду с оксадиазолом 14н в незначительном количестве был выделен N-(2,4,5-триметилбензоил)-N’-(2-гидроксибензоил)гидразин 17б. Однако, на примере предварительно полученного нами N-бензоил-N’-(3-нитробензоил)-гидразина 17в было показано, что такие N,N’-диацилгидразины (17) не циклизуются при кипячении в метанольно-пиридиновом растворе. Наиболее вероятным представляется участие в гетероциклизации промежуточно возникающих гидразоноилхлоридов 55 или сложных эфиров N-ацилбензгидразоновых кислот типа 56, которые могут получаться при алкоголизе гидразоноилхлоридов 55. Реальность такой последовательности процесса гетероциклизации подтверждается выделением из реакционной смеси небольшого количества этилового эфира N’-ацетилбензгидразоновой кислоты 56а (выход 12 %), образование которого показано ниже (схема 23): 

12 %

55а Ar = Ph, R = CH3                        56а Ar = Ph, R = CH3 

СХЕМА 23

При использовании метанола соответствующий метиловый эфир N-ацетилбенз-гидразоновой кислоты выделить не удалось, что согласуется с литературными данными о существенно большей лёгкости циклизации в 1,3,4-оксадиазолы метиловых эфиров N-ацилбензгидразоновых кислот по сравнению с этиловыми эфирами типа 56

Состав смесей и строение синтезированных соединений подтверждается данными элементного анализа, масс-спектрометрии, ИК- и ЯМР-спектроскопии. В ИК-спектрах всех 1,3,4-оксадиазолов имеются полосы поглощения в области 1620-1600 см-1 (νС=N) и 1190-1100 см-1 (νС-О-С), которые характерны для оксадиазольного цикла и согласуются с имеющимися литературными данными.

Таким образом, был разработан простой одностадийный метод синтеза 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов на основе ТХМА 2 и ацилгидразинов, обозначена область применения этого метода, включая возможность использования гидразидов гетероароматических кислот, изучена зависимость выхода оксадиазолов от строения исходных соединений и получены данные о механизме гетероциклизации. Последний, по всей видимости, включает промежуточное образование и циклизацию гидразоноил-хлоридов 55 и эфиров N’-ацилбензгидразоновых кислот 56.

4.2. Синтез симметрично замещенных 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов

взаимодействием трихлорметиларенов с гидразингидратом

Как было показано выше, при изучении реакций трихлорметиларенов 2 с ацилгидразинами 48 были выявлены основные факторы, определяющие направление превращений. В частности, в спиртовых растворах в отсутствие пиридина из бензотрихлорида и его метилзамещенных ,з,и в результате алкоголиза получаются, главным образом, эфиры ароматических карбоновых кислот, тогда как 2,5-дизамещенные 1,3,4-оксадиазолы 14, 52 и 54 образуются в качестве минорных продуктов. При взаимодействии этих же реагентов в пиридиновых растворах преимущественно или исключительно получаются продукты восстановительной конденсации – соответствую-щие N–замещенные гидразоны ароматических альдегидов 50. Оптимальным для гетероциклизации, приводящей к замещенным 1,3,4-оксадиазолам 14, 52 и 54, оказалось кипячение реагентов в смеси пиридина с метанолом или этанолом:

  2  48          55                         14, 52, 54 22-97 %

СХЕМА 24

Вместе с тем, при кипячении ТМХА ,ж с гидразингидратом N2H4H2O (мольное соотношение ТХМА : гидразингидрат равно 2 : 1) в смеси пиридин-метанол симметрично замещенные 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолы 14а,у были получены с довольно низкими выходами - 17 % и 25 %. При этом в случае бензотрихлорида () наряду с 2,5-дифенил-1,3,4-оксадиазолом (14а) были выделены метилбензоат (выход 43 %) и бензгидразид 48в (выход 8 %).

Учитывая эти результаты, с целью более эффективного синтеза симметрично замещенных 1,3,4-оксадиазолов было решено отказаться от использования пиридина в качестве сорастворителя и акцептора хлористого водорода и проводить реакцию в иных условиях – при кипячении в этаноле в присутствии избытка гидразингидрата в качестве акцептора НСl. Было показано, что кипячение реагентов в этаноле в течение 40 минут приводит к 2,5-дифенил-1,3,4-оксадиазолу (14а, Ar = R) с выходом 96 %:

  2а,в,н  14а,ф,х          68-96 %

  2: Ar = Ph (а); 4-ClC6H4 (в); 3-BrC6H4 (н); 14: Ar = Ph (а); 4-ClC6H4 (ф); 3-BrC6H4 (х)

СХЕМА 25

       В указанных условиях аналогично бензотрихлориду с гидразином реагируют галогензамещенные ТХМА ,н, проявляющие более низкую реакционную способность, – 4-хлорбензотрихлорид (2в) и 3-бромбензотрихлорид (), при этом выходы оксадиазолов 14ф,х составляют соответственно 81 % и 68 %. В случае о-замещенного ТХМА, 2-хлор-бензотрихлорида , был выделен только продукт последовательного гидролиза и алкоголиза – этиловый эфир 2-хлорбензойной кислоты (78 %). Очевидно, в данных условиях вследствие стерических препятствий, обусловленных о-заместителем 2-хлор-бензотрихлорида , конкурирующий алкоголиз трихлорметильной группы протекает намного быстрее, чем взаимодействие ТХМА с гидразингидратом с промежуточным образованием гидразоноилхлорида 55, а возникающий при алкоголизе этиловый эфир 2-хлорбензойной кислоты вследствие тех же стерических препятствий и в условиях кратковременного взаимодействия практически не подвергается гидразинолизу.

В тех же условиях высоко реакционноспособный мезитотрихлорид , который в спиртово-пиридиновых смесях дает лишь продукты восстановительной конденсации и алкоголиза, также не удалось подвергнуть гетероциклизации, так как он полностью превращается в этиловый эфир 2,4,6-триметилбензойной кислоты (выход 95 %). Это свидетельствует о том, что в спиртовой среде для высоко реакционноспособных о,о’-дизамещенных ТХМА 2 доминирующим процессом является алкоголиз.

       С учетом полученных нами результатов детальная схема синтеза симметрично замещенных 1,3,4-оксадиазолов для реакций стерически незатрудненных ТХМА 2 с гидразингидратом в спиртовой среде включает в себя следующие стадии (схема 26):

- алкоголиз ТХМА с образованием дихлорацеталя 57, либо неполный гидролиз под действием воды с образованием ароилхлорида 58, либо образование гидразоноилхлорида 33 под действием гидразина (параллельно протекающие реакции);

- превращение дихлорацеталя 57 в ароилхлорид 58 с отщеплением RCl, либо под действием гидразина в эфир гидразинокислоты 59; альтернативный путь образования эфира гидразинокислоты 59 – взаимодействие гидразоноилхлорида 33 со спиртом (алкоголиз);

- взаимодействие эфира гидразинокислоты 59 с ароилхлоридом 58 или с дихлор-ацеталем 57 с образованием эфира N-ацилбензгидразоновой кислоты 56;

- циклизация эфира N-ацилбензгидразоновой кислоты 56 с отщеплением спирта в симметрично замещенный 1,3,4-оксадиазол; альтернативный путь – циклизация под действием основания гидразоноилхлорида 55, образующегося при взаимодействии ароилхлорида 58 или дихлорацеталя 57 с гидразоноилхлоридом 33.

       

СХЕМА 26

       Нежелательным, конкурирующим направлением превращений ТХМА 2 является взаимодействие ароилхлоридов 58 со спиртом с образованием эфиров соответствующих бензойных кислот, которые в условиях кратковременного взаимодействия практически не подвергаются гидразинолизу с образованием гидразидов кислот. Это направление взаимодействия преимущественно  реализуется для стерически затрудненных ТХМА ,и. Так, 2-хлорбензотрихлорид и мезитотрихлорид , по всей видимости, реагируют не с молекулами спирта или гидразина, а с молекулами воды (из гидразингидрата), образуя ароилхлориды 58, которые легко превращаются в сложные эфиры соответствующих ароматических кислот. Последние, как мы показали экспериментально, в данных условиях не образуют в сколько-нибудь заметных количествах гидразиды ароматических кислот. 

Таким образом, полученные нами результаты позволяют констатировать, что хорошие препаративные выходы симметричных 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов 14 при взаимодействии ТХМА с гидразингидратом в этаноле (метаноле) можно достичь лишь для стерически незатрудненных ТХМА ,в,н, проявляющих к тому же невысокую реакционную способность. Для других ТХМА 2, в том числе для всех метилзамещенных гомологов бензотрихлорида 2ж-м, в этих условиях доминирующим процессом является алкоголиз с образованием сложных эфиров бензойных кислот.

4.3. Синтезы 1,4-бис-(5-R-1,3,4-оксадиазолил-2)бензолов

С целью получения полиядерных гетероциклических соединений, обладающих люминесцентными свойствами, мы распространили разработанный нами метод получения 2,5-диарилзамещенных 1,3,4-оксадиазолов 14 и 54 (см. раздел 4.1) на бифункциональный, выпускаемый в промышленном масштабе ТХМА - 1,4-бис(трихлорметил)бензол , технология получения которого была нами разработана и запатентована.

Взаимодействие ТХМА с некоторыми ацилгидразинами (48в,г,ж,м,н) в этанольно-пиридиновой смеси позволило нам получить ряд ранее описанных 1,4-бис-(5-R-1,3,4-оксадиазолил-2)бензолов 60в,г,ж,м,н с умеренными выходами в пределах 35-47 %. Обсуждаемые превращения представлены ниже на схеме 27: 

   2д  48 60  35-47 %

  48, 60: R = Ph (в); 2-OHC6H4 (г); 4-NO2C6H4 (ж), 4-C5H4N (м); H (н);

СХЕМА  27

Синтез 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов типа 60 на основе бис(трихлорметил)-аренов и гидразидов кислот 48 до настоящей работы не был описан, хотя многие подобные гетероциклические системы, особенно с заместителем R = Ar, обладающие люминесцентной способностью, хорошо известны. Описанные ранее методы получения этих полиядерных гетероциклов характеризуются многостадийностью и основаны на относительно сложном препаративном синтезе исходных соединений, что весьма существенно ограничивает препаративную ценность и область применения таких методов синтеза, а также обусловливает высокую производственную себестоимость целевых продуктов.

Несмотря на то, что выходы 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов 60в,г,ж,м,н по разработанному нами методу относительно невысоки (как и в случае диарилоксадиазолов 14, 52 и 54, это обусловлено параллельно протекающим алкоголизом), его несомненными преимуществами являются: доступность исходных соединений и растворителей; универсальность и простота синтеза (в одну стадию); возможность его реализации в промышленном масштабе с использованием обычного технологического оборудования. 

Фениленбис-1,3,4-оксадиазолы 60 обладают весьма низкой растворимостью в большинстве обычных растворителей, что ограничивает возможность использования для их анализа и идентификации ЯМР-спектроскопии. Поэтому для доказательства строения синтезированных соединений нами получены и детально рассмотрены их масс-спектры электронного удара. При этом были впервые выявлены специфические направления фрагментации 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов, пригодные для чёткой идентификации и подтверждения строения этих гетероциклических систем.

4.4. Особенности взаимодействия о,о-дизамещенных трихлорметиларенов с ацилгидразидами при гетероциклизации

       Как уже отмечалось, в реакциях трихлорметиларенов с гидразином и его производ-ными в пиридине или в смеси пиридина с метанолом (этанолом) соотношение двух конкурирующих процессов – восстановления ТХМА и гетероциклизации – зависит, в первую очередь, от строения исходного ТХМА 2 и определяется относительной легкостью восстановления последнего. Причем в присутствии спирта протекает и третий конкуриру-ющий процесс – алкоголиз трихлорметильной группы. Дальнейшее изучение взаимодей-ствия ТХМА 2 с гидразином или ацилгидразинами показало, что проведение реакции в смесях пиридина с этанолом или метанолом позволяет существенно увеличить (до 97 %) выходы продуктов гетероциклизации – 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов 14, 52 и 54. Однако, даже в этих, оптимальных для гетероциклизации условиях при взаимодействии мезитотрихлорида () с гидразином и гидразидами карбоновых кислот (48) получить целевые мезитилзамещенные 1,3,4-оксадиазолы не удалось. В этом случае получались лишь продукты восстановительной конденсации – арилгидразоны 2,4,6-триметил-бензальдегида 19 и/или продукты алкоголиза - эфиры 2,4,6-триметилбензойной кислоты, причем выход последних в отсутствие пиридина достигал 88-95 %.

       Такое специфическое поведение мезитотрихлорида, несомненно, обусловлено его строением и связанной с ним высокой реакционной способностью. Согласованный эффект трех метильных групп резко облегчает любое нуклеофильное замещение атомов хлора группы ССl3. В итоге направление реакции определятся конкуренцией присутствующих в реакционной смеси трёх нуклеофилов: гидразида, пиридинового основания и спирта. Последние два, как показали полученные нами результаты, оказываются наиболее сильными. В связи с этим представлялось весьма актуальным, как с теоретической, так и с практической точки зрения, найти такие условия реакции, которые позволили бы селективно получить 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолы из стерически затрудненных о,о’-дизамещенных трихлорметиларенов 2и-л. Основная задача при этом состояла в необходимости заблокировать нежелательные процессы алкоголиза и восстановительной конденсации путем использования других, более инертных растворителей и оснований. Так, восстановительную конденсацию можно предотвратить, если использовать в качестве основания и сорастворителя - или -метилпиридин, неспособный участвовать в акте восстановления.

Эта идея была успешно реализована в работе (Беленький Л.И., Луйксаар С.И., Краюшкин М.М., Химия гетероцикл. соедин., 1999, № 4, С.557-563) при использовании трет-бутанола вместо первичных спиртов (этанола, метанола), что позволило подавить нежелательный алкоголиз. При этом в качестве основания вместо пиридина был использован 2,6-диметилпиридин, который, как было показано нами ранее, неспособен из-за стерических препятствий образовывать с мезитотрихлоридом пиридиниевые соли 23 и восстанавливать трихлорметильную группу. В итоге из высоко реакционноспособного мезитотрихлорида и гидразидов 48в,г,е,о были получены 5-арил(гетарил)-2-(2,4,6-триметилфенил)-1,3,4-оксадиазолы 14ц-ш и 54п с выходами 50-80 %: 

  2и 48  14 54 50-80 %

       48: в R = Ph; г R = 2-НOC6H4; е R = 3-O2NC6H4; о R = 2-C4H3O (фурил).

14: ц R = Ph; ч R = 2-НOC6H4; ш R = 3-O2NC6H4; 54п R = 2-C4H3O (фурил).

СХЕМА 28

Таким образом, были найдены такие условия, которые обусловливают селективное взаимодействие о,о’-дизамещенных трихлорметиларенов с ацилгидразинами по реакции гетероциклизации с образованием дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов. Можно констати-ровать, что данные условия являются необходимыми и достаточными для селективной гетероциклизации любых ТХМА 2 под действием ацилгидразинов или гидразингидрата, причем в качестве основания может быть использован более доступный 4-метилпиридин, который не вступает в реакцию восстановительной конденсации с ТХМА.

4.5 Синтез 2,5-дизамещенных 1,3,4-тиадиазолов взаимодействием

трихлорметиларенов с тиоацилгидразинами

Как было показано в разделе 4.1, взаимодействие ТХМА ,ж с тиосемикарбазидом 49а в метанольно-пиридиновой смеси позволяет получать продукты гетероциклизации – 2-амино-5-арил-1,3,4-тиадиазолы 53а,б с минорными количествами продуктов восстано-вительной конденсации – тиосемикарбазонов. Было естественно предположить, что найденные нами условия гетероциклизации с образованием 2-амино-5-арил-1,3,4-тиадиазолов или 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов могут оказаться подходящими для синтеза 2,5-дизамещенных 1,3,4-тиадиазолов на основе ТХМА 2 и соответствующих тиоацилгидразинов 49.

И действительно, взаимодействие ТХМА ,ж с тиобензгидразидом 49б при кипячении в метанольно-пиридиновой смеси привело к получению 2-арил-5-фенил-1,3,4-тиадиазолов 53в,г с выходами 65 % и 50 % соответственно. Эти результаты являются первыми примерами простого, одностадийного синтеза 2,5-диарил-1,3,4-тиадиазолов: 

 

,ж  49б: R = Ph                  53: Ar = Ph (в); Ar = 2,4-Me2C6H3 (г)

СХЕМА 32

Сами ТХМА 2 могут выступать как удобные исходные соединения для получения тиоацилгидразинов 49, что и было экспериментально продемонстрировано на примере синтеза тиобензгидразида 49 из бензотрихлорида , гидросульфида натрия и гидразин-гидрата. Выход тиобензгидразида составил 70 %. 

* * *

Таким образом, проведенные исследования позволили определить оптимальные условия селективного одностадийного синтеза разнообразных 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов из доступных трихлорметиларенов и гидразина или ацил(тиоацил)гидразинов, выявить особенности и основные закономерности процесса гетероциклизации в зависимости от строения и реакционной способности ТХМА и гидразинов. На основании полученных результатов можно констатировать следующее: 

- кипячение ТХМА и ацил- или тиоацилгидразинов в спиртовой среде в присутст-вии пиридинового основания в качестве акцептора хлористого водорода представляет собой оптимальные условия процесса гетероциклизации; 

- пиридин и его метилзамещенные (4-метилпиридин, 2,6-диметилпиридин и 2,4,6-триметилпиридин) являются наиболее эффективными основаниями, оказывающими непосредственное влияние на селективную гетероциклизацию ТХМА и ацилгидразинов, причем эффект пиридинового основания, по всей видимости, не ограничивается только ролью акцептора хлористого водорода, но и включает активирующее действие основания на ТХМА в реакциях с ацилгидразином и на циклизацию промежуточно возникающих гидразоноилхлоридов; 

- в одинаковых условиях реакции выход целевых продуктов гетероциклизации определяется, в первую очередь, строением и реакционной способностью ТХМА и, в меньшей степени, зависит от природы ацилгидразинов;

- использование третичного спирта (трет-бутанола) в качестве растворителя и 4-метилпиридина, 2,6-диметилпиридина или 2,4,6-триметилпиридина в качестве основания позволяет минимизировать или полностью исключить нежелательные процессы алкоголиза и восстановительной конденсации и обеспечить селективное получение 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов из любых трихлорметиларенов и ацилгидразинов или гидразингидрата.

Выводы

1. Установлены основные закономерности селективного радикального хлорирова-ния метилбензолов с получением трихлорметиларенов, бензилидендихлоридов и бензил-хлоридов. Систематически изучены основные направления реакций трихлорметиларенов с N-, О- и S-нуклеофилами – гетероциклизации с получением 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов или 1,3,4-тиадиазолов, гидролиза, ацидолиза или алкоголиза с получением хлорангидридов или сложных эфиров бензойных кислот и восстановительной конденса-ции трихлорметиларенов с гидразинами в пиридине, приводящей к производным соответствующих ароматических альдегидов. Впервые найдены условия, оптимальные для селективной реализации одного из возможных, конкурирующих процессов взаимодействия трихлорметиларенов с N-, О- и S-нуклеофилами.

2. Разработан общий, промышленно значимый способ радикального галогениро-вания алкилароматических, алифатических насыщенных и линейных непредельных углеводородов с использованием высокоэффективных стабилизаторов – эфиров ортофосфорной кислоты, образующих стабильные, недиссоциирующие комплексы с кислотами Льюиса и дезактивирующих каталитический эффект в побочных реакциях электрофильного замещения и дегидрогалогенирования. 

3. Впервые определены условия селективного радикального хлорирования метилбензолов в присутствии эфиров ортофосфорной кислоты с получением  продуктов заданной степени хлорирования с высокими выходами, высокой конверсией хлора и высокой производительностью процесса. 

4. Систематически исследован механизм восстановительной конденсации трихлор-метиларенов с гидразинами в пиридине и впервые установлено, что восстановителем является либо пиридин, либо гидразин в зависимости от наличия и природы заместителей в орто-положениях трихлорметиларена. 

5. Восстановительная конденсация трихлорметиларенов, не имеющих орто-заместителей или имеющих один орто-заместитель, преимущественно осуществляется при действии избытка гидразина на первоначально образующиеся гидразоноилхлориды без участия пиридина в акте восстановления. Показана принципиальная возможность реализации этого направления восстановительной конденсации для трихлорметиларенов, имеющих два орто-заместителя.

6. Окислительно-восстановительные превращения о,о′-дизамещенных трихлор-метиларенов, протекающие через стадию образования солей N-(α,α-дихлорбензил)-пиридиния, являются общими в ряду пиридиновых оснований и характерны для 3-R-замещенных пиридинов и хинолина. В зависимости от нуклеофильности атома азота гетероцикла взаимодействие с о,о′-дизамещенными ТХМА приводит либо к N-(α-хлорбензил)-4-хлор-3-R-пиридиниевым, либо к N-[N′-(α-хлорбензил)-3-R-4-пиридил]-3-R-пиридиниевым солям. Обнаруженные и изученные превращения моделируют окислительно-восстановительные биохимические процессы с участием никотинамид-адениндинуклеотида (НАДН) и его фосфата и представляют собой новые эффективные  методы синтеза о,о′-дизамещенных ароматических альдегидов или их производных, а также 4-хлорпиридинов и N-(4-пиридил)пиридиниевых солей.

       7. Пиридиниевые соли, генерируемые in situ из о,о′-дизамещенных трихлорметил-аренов и пиридинов, являются реакционноспособными гетарилирующими агентами для N- и С-нуклеофилов. Гетарилирование с участием пиридиниевых солей характеризуется исключительной -селективностью по отношению к пиридину независимо от «жесткого» или «мягкого» характера используемых нуклеофилов. Впервые показана возможность селективного -гетарилирования С-нуклеофилов 1-(4-пиридил)пиридиниевыми солями с образованием N-(4-пиридил)-4-R-замещенных 1,4-дигидропиридинов. 

       8. о,о′-Диметилзамещенные трихлорметиларены являются удобными алкилирую-щими агентами для -селективной активации пиридиновых оснований в реакциях гетарилирования как «жестких», так и «мягких» нуклеофилов.

       9. Впервые найдены оптимальные условия для селективной гетероциклизации трихлорметиларенов под действием N-, О-нуклеофилов. Разработаны простые и эффек-тивные методы синтеза 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов, 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов из трихлорметиларенов и гидразидов карбоновых кислот или гидразин-гидрата. Показано, что пиридин и его 2-метил- и 4-метилзамещенные являются наиболее эффективными основаниями, которые активируют исходные трихлорметиларены и обусловливают селективное и быстрое протекание гетероциклизации.

10. Разработан новый, одностадийный препаративный метод синтеза 2,5-дизаме-щенных 1,3,4-тиадиазолов на основе трихлорметиларенов и тиоацилгидразинов. 

11. Строение всех синтезированных соединений и интермедиатов изученных превращений трихлорметиларенов установлено методами спектроскопии ЯМР 1Н, 13С и масс-спектрометрии. Выявлены специфические направления фрагментации 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов и 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов, пригодные для чёткой идентификации и подтверждения строения этих гетероциклических систем.

12. Существенно расширен синтетический потенциал трихлорметиларенов в промышленном и препаративном синтезе соединений и химических продуктов: аромати-ческих альдегидов и их производных, 4-замещенных пиридинов, 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов, многофункциональных модификаторов резиновых смесей и полимерной серы.

Основное содержание работы изложено в следующих работах:

Обзоры и статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Поддубный И.С. Региоселективность реакций пиридиниевых и хинолиниевых солей с различными нуклеофилами. // Химия гетероцикл. соедин.- 1995. - № 6.- С.774-815.

2. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Луйксаар С.И., Краюшкин М.М. Трихлор-метиларены в синтезе 1,3,4-оксадиазолов. // В Кн. «Химия и биологическая активность синтетических и природных соединений. Азотистые гетероциклы и алкалоиды». / Под. ред. В.Г.Карцева и Г.А.Толстикова. М.: Иридиум-пресс, 2001. - Т.1. - С.46-52.        

3. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. О начальных стадиях восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидроксиламином и гидразинами в пиридине. // Изв. АН,  Серия химическая. - 1993. - № 11. - С.1928-1931.

4. Belen’kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Reaction of Trichloromethylarenes  with Pyridine: A Novel Synthesis of N-(4-Pyridyl)pyridinium Salts and Aromatic Aldehydes. // Mendeleev Communication. - 1993. - Р.97, 98.

5. Belen’kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Synthesis of 2-Amino-5-aryl-1,3,4-thiadiazoles from Trichloromethylarenes: The Effect of Reaction Conditions. // Phosphorus, Sulfur and Silicon, 1994, Vol. 95-96, Р.469-470.

6. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Краюшкин М.М. Синтез 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов на основе трихлорметиларенов и ацилгидразинов. // Химия гетероцикл. соедин. - 1994. - № 5. - С.686-692.

       7. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Стручкова М.И., Краюшкин М.М. Спектры ЯМР 1Н и 13С 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов. // Химия гетероцикл. соедин. - 1994.- № 6.- С.834-842. 

       8. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Краюшкин М.М. Природа восстановителя и механизм восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидроксиламином и гидразинами в пиридине. // Химия гетероцикл. соедин. - 1995. - № 6. - С.830-842.

       9. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Новая редокс-система: трихлорметиларен – пиридиновое основание. // Химия гетероцикл. соедин. - 1995. - № 10.- С.1373-1375.

10. Belen’kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. A New Redox System: Trichloro-methylarene - Pyridine Base. On the Mechanism of the Synthesis of N-(4-Pyridyl)pyridinium Dichloride. // Tetrahedron Letters. - 1995.- Vol. 36, № 28.- Р.5075-5078.

11. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Краюшкин М.М. Взаимодействие трихлор-метиларенов с производными гидразина. Синтез 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,3,4-тиадиазолов. // Изв. АН, Серия химическая. - 1996.- № 5. - С.1246-1249.

12. Беленький Л.И., Луйксаар С.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Новые синтезы симметричных 2,5-диарил-1,3,4-оксадиазолов и 1,4-фениленбис-1,3,4-оксади-азолов. // Изв. АН, Серия химическая. - 1998. - № 11.- С.2309-2316.

       13. Кузнецов А.А., Поддубный И.С., Ткачук Л.Н. Совместное получение ацетил-хлорида и бензальдегида из уксусной кислоты и бензальхлорида или кубовых остатков производства хлористого бензила. // Журнал прикладной химии. - 2000. - Т.73, вып.7.- С.1145-1148.

14. Поддубный И.С., Беленький Л.И., Краюшкин М.М. Реакции мезитотрихлорида с 2-амино- и 2-амино-5-бромпиридинами. // Химия гетероцикл. соедин. - 2000.- № 10.- С.1351-1353.

       15. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Луйксаар С.И., Краюшкин М.М. Некоторые реакции пиридиниевых солей, образующихся из трихлорметиларенов, с N- и C-нуклео-филами. // Химия гетероцикл. соедин.- 2000. - № 10. - С.1354-1359.

Статьи в реферируемом журнале и сборниках научных трудов

       16. Поддубный И.С. Улучшенный метод радикального хлорирования алкиларо-матических и предельных углеводородов с получением продуктов, используемых в шинной промышленности и в производстве РТИ. // Мир шин. - 2008. - № 9, (52). - С.16-18.

17. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Пути образования 1,2,4- и 1,3,4-оксадиазолов при восстановительной конденсации трихлорметиларенов с гидроксил-амином и гидразинами в пиридине. // Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов. Сборник научн. трудов, Саратов: Изд-во СГУ, 1992. - ч.1. - С.36.

18. Беленький Л.И., Луйксаар С.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Новые синтезы 2,5-дизамещенных 1,3,4-оксадиазолов и 1,4-фениленбис-1,3,4-оксадиазолов. // Новые достижения в органической химии. Сборник научн. трудов, Саратов: Изд-во СГУ, 1997. - С.28.        

Патенты на изобретения

       19. Поддубный И.С., Кузнецов А.А., Мудрый Ф.В., Мильготин И.М. Способ получения гексахлорпараксилола. // Патент РФ № 2108317, заявлено 22.11.1996, опубл. 10.04.1998. Бюл. № 10. 

       20. Богач Е.В., Кузнецов А.А., Мильготин И.М., Мокрушин М.В., Поддубный И.С., Роик Ф.И., Сергеев А.А., Телегин И.В., Ткачук Л.Н., Мудрый Ф.В. Способ получения ацетилхлорида. // Патент РФ № 2135457, заявлено 24.04.1997, опубл.27.08.1999. Бюл. №24.

21. Поддубный И.С., Кузнецов А.А., Мудрый Ф.В., Вараксин В.В., Мильготин И.М., Усманов А.М., Богач Е.В., Головцов И.Н. Способ получения твердого хлорпарафина марки ХП-1100. // Патент РФ № 2136650, заявлено 21.04.1998, опубл. 10.09.1999. Бюл. №25. 

22. Богач Е.В., Кузнецов А.А., Куликова О.А., Мильготин И.М., Мудрый Ф.В., Поддубный И.С., Гришин Б.С., Фроликова В.Г., Яловая Л.И., Патент РФ № 2142406, заявлено 21.04.1998, опубл. 10.12.1999. Бюл. № 34.

23. Поддубный И.С., Кузнецов А.А., Мильготин И.М., Мокрушин М.В., Петрухин В.Д. Способ получения бензальдегида. // Патент РФ № 2180329, заявлено 28.04.2000, опубл. 10.03.2002. Бюл. № 7. 

24. Кузнецов А.А., Поддубный И.С., Богач Е.В., Мильготин И.М., Мудрый Ф.В., Гришин Б.С., Гончарова Л.Т., Пичугин А.М., Сафронова Л.В. Модификатор для резиновых смесей (варианты) и способ его получения (варианты) // Патент РФ № 2213108, заявлено 30.08.2000, опубл. 27.09.2003. Бюл. № 27. 

25. Кутянин Л.И., Кузнецов А.А., Поддубный И.С., Иванова Н.А., Сергеев С.А. Способ стабилизации галогенированных парафинов. // Патент РФ № 2245318, заявлено 14.08.2002, опубл. 27.01.2005. Бюл. № 3.

        Тезисы докладов

26. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Конденсация трихлор-метиларенов с тиосемикарбазидом. // Сб. тезисов XVIII Конференции по химии и техноло-гии органических соединений серы. Казань, 1992. - С.25.

       27. Belen’kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Mechanism of Redox Condensation of Trichloromethylarenes with Hydroxylamine or Hydrazine in Pyridine. A Novel Synthesis of 1-(4-Pyridyl)pyridinium dichloride. // Abstracts of papers of XIV International Congress on Heterocycles Chemistry. - Antverpen, Belgium. - 1993, PO 3-169.

       28. Belen’kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Synthesis of 2-Amino-5-aryl-1,3,4-thiadiazoles from Trichloromethylarenes: The Effect of Reaction Conditions. // Abstracts of papers of 16th International Symposium on Chemistry of Organic Compounds of Sulfur, Merseburg. - 1994, О 3.10, Р.98.        

29. Belen’kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. Synthesis of 1,3,4-Oxadiazoles and 1,3,4-Thiadiazoles from Trichloromethylarenes: The Effect of Reaction Conditions. // Abstracts of papers of 10th International Conference on Organic Synthesis. - Bangalore, India. - 1994. - P-FRI-61.

       30. Belen’kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. A New Redox System: Trichloro-methylarene - Pyridine Base. // Abstracts of papers 14th International Congress on Heterocyclic Chemistry, August 6-19, 1995. Taipei International Convention Center. – 1995. - PO3-269.

31. Belen’kii L.I., Poddubny I.S., Krayushkin M.M. A New Redox System: Trichloro-methylarene - Pyridine Base. // Abstracts of papers Vth Symposium on Heterocyclic Chemistry Blue Danube, June 14-17, 1995. - Casta Paperniсka, Slovakia, 1995. - OP 12.

       32. Беленький Л.И., Поддубный И.С., Краюшкин М.М. Новая редокс-система:  трихлорметиларен – пиридиновое основание. // Сб. тезисов Межинститутского коллокви-ума “Химия азотистых гетероциклов”. Черноголовка, 1995. - С.6.

       33. Belen’kii L.I., Luiksaar S.I., Poddubnyi I.S., Krayushkin M.M. New synthesis of 2,5-disubstituted 1,3,4-oxadiazoles and 1,4-phenylene-bis-1,3,4-oxadiazoles. // Electronic  Conference on Heterocyclic Chemistry, Synthesis and Methodology, 29 June – 24 July 1998 (http//www.ch.ic.ac.uk/ectoc/echet98/ectoc mol.html).

       34. Инжинова Л.М., Чеботарева Л.С., Худоян И.С., Кузнецов А.А., Поддубный И.С., Мудрый Ф.В. Исследование свойств модификаторов на основе гексахлорпара-ксилола и поливинилхлорида. // Сырье и материалы для резиновой промышленности. Настоящее и будущее. Тезисы докл. Пятой Российской научно-практической конференции резинщиков, Москва, 1998. - С.155-157.

35. Кузнецов А.А., Куликова О.А., Мудрый Ф.В., Поддубный И.С., Яловая Л.И., Фроликова В.Г. Разработка технологии получения полимерной серы на ОАО “Химпром” г. Волгоград. 1. Сравнительные испытания лабораторных образцов. // Сырье и материалы для резиновой промышленности. Настоящее и будущее. Тезисы докл. Пятой Российской научно-практической конференции резинщиков. Москва, 1998. - С.168, 169.

       36. Беленький Л.И., Броховецкий Д.Б., Поддубный И.С., Луйксаар С.И., Краюшкин М.М. Гетероциклизация и восстановительная конденсация - конкурирующие реакции  трихлорметиларенов с гидроксиламином и гидразинами. // Сб. тезисов 1-ой Всероссий-ской конференции по химии гетероциклов памяти А.Н.Коста. Суздаль, 2000. - С.19.

37. Поддубный И.С. Улучшенный метод радикального хлорирования алкиларома-тических и предельных углеводородов с получением продуктов, используемых в шинной промышленности и в производстве РТИ. // Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технологии. Тезисы докл. XIV Международной научно-практической конференции. Москва. - 2008. - С.174-176.        

38. Поддубный И.С. Новый эффективный способ получения высокостабильных галогенированных парафинов, используемых в производстве РТИ и полимерных композиций. // Сб. тезисов XIX Симпозиума “Проблемы шин и резинокордных композитов”. Москва, 2008. - том 2. - С.140-144.        

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.