Каталитическое галогенирование ацетиленовых моно- и диаминов

Большинство ацетиленовые азотсодержащие соединения и продукты на их основе обладают физиологической активностью [1; 2]. В данной работе приведены результаты каталитического синтеза ранее неизвестных галогенсодержащих соединений из ацетиленовых моно- и диаминов.

Ацетиленовые амины можно синтезировать конденсацией вторичных аминов с ацетиленом в присутствии параформальдегида [13; 14]. При нормальных условиях реакцию невозможно остановить на стадии образования моноаминов, и поэтому главным продуктом являются ацетиленовые диамины. Моноамины в лабораторных условиях удобнее синтезировать с помощью обратной реакции Фаворского, т. е. расщеплением соответствующих ацетиленовых аминоспиртов I—IV [3] в присутствии КОН или Ва(ОН)₂. При этом разложение соединений II и IV требует более жестких условий (КОН, 160 °С), чем соединений I и III (Ва(ОН)₂, 140 °С); повышение температуры пиролиза в присутствии КОН способствует прототропной изомеризации и приводит к уменьшению выхода основного продукта. Строение полученных пропаргиламинов V—VIII подтверждено их конденсацией с ацетоном и получением целевых ацетиленовых аминоспиртов I—IV.

Полученные таким образом ацетиленовые аминоспирты были расщеплены в соответствующие пропаргиламины (V-VIII) (константы которых соответствуют [16]) по следующей схеме:

В свою очередь соединения V-VIII введены в реакцию Манниха с парой вторичный амин+параформальдегид в присутствии катализатора Cu₂Cl₂ в растворе диоксана при температуре 80-95 °С и были получены соответствующие ацетиленовые диамины с высокими (52-82%) выходами:

Некоторые физико-химические константы ацетиленовых аминоспиртов (I-IV), аминов (V-VIII) и диаминов (IX-XII) приведены в таблице 1.

В настоящее время имеется очень мало данных [4; 6; 9-11] о присоединении галогенов к ацетиленовым моно- и диаминам. Нами найдено, что хлорирование и бромирование соединений V—XII в виде их гидрохлоридов (A, B, C, D, E, F, G, H - предварительно полученные в растворе ацетона и приведенные в табл.2) в растворе хлороформа в присутствии катализатора хлористой меди (I) при температуре 25-35 °С идет без осложнений и в короткий промежуток времени (25-30 минут) приводит с хорошими выходами (60-66%) к дигалогенпроизводным аллиламинов c геминальным расположением галогенов в отношении конечного водородного атома (XIII-XX) (Табл.3).

Наряду с основными продуктами побочно образуются галогензамещенные ацетиленовые амины (XXI-XXVIII)-С≡С-Х (Табл.4) и (XXIX-XXXVI) -СХ=СХ₂ (Табл.5) за счет обмена атома водорода на галоген как в [15]. После нейтрализации раствора водным карбонатом натрия (0,01%) выделены свободные основания:

Повышение температуры реакции более 40 °С процесс переходит к экзотермическому и при этом в составе продуктов реакции обнаруживаются полигалогенпроизводные аминов. Поэтому температуру реакции не превышали указанной нормы. При этом необходимо констатировать, что при проведении реакции галогенирования выбранных аминов в среде хлороформа в виде свободных оснований, необходимо брать двойной избыток галогена. Так как одна молекула галогена израсходуется для образования галоидаммониевой соли, а вторая потребуется для электрофильного присоединения по С≡С связи.

Было выяснено, что без катализатора данная реакция протекает за сутки и выходы продуктов реакции, сравнительно низкие и авторами [4; 9], по нашему мнению, получены галоидониевые соли ацетиленовых аминов, которым были приписаны строения этиленовых производных аминов:

Или же ими получены тетрагалогенпроизводные аминосединений с неизвестной структурой, так как температуры плавления их в 2 раза превышает таковые показатели дигалогенпроизводных аминов. Кроме этого в симметричной молекуле диаминов ацетиленовая связь в ИК-спектре почти не появляется, что также подтверждается нашими ранними исследованиями [10; 11].

Следующим этапом исследования было изучение хлорирования и бромирования ацетиленовых диаминов (IX-XII) в виде их гидрохлоридов (E,F,G,H) в среде хлороформа и присутствии катализатора Cu₂Cl₂ при температуре 25-30 °С. При этом основными продуктами оказались дигалогенпроизводные диаминов (XXXVII-XLIV) с (Е)-транс-строением галогенов в молекуле:

Некоторые характеристики синтезированных дигалоидпроизводных этиленовых 1,4-диаминов представлены в табл.6.

Было выяснено, что на ход процесса основное влияние оказывает температура (20-30 °С) и при этом лимитирующей стадией реакции является образование тригалогенониевого иона X₃⁺ посредством участия четвертичного аммониевого основания и ускоряется катализом Cu⁺. Это согласуется с мнением [12] об электрофильном присоединении галогенов к изученным ацетиленовым аминам.

По данным спектров ЯМР ¹Н и ¹³С с введением галогенов большинство сигналы испытывают низкочастотное смещение в сторону слабого поля. Наибольшее смещение испытывают сигналы атомов углерода и водорода в

Таблица 1.

Некоторые физико-химические константы ацетиленовых аминоспиртов (I-IV), аминов (V-VIII) и диаминов(IX-XII)

Соединения	Выход,%	Т.кип.0С (мм рт.ст.)	Брутто-формула			Лит.
I	60	92/7	C8H15NO	1,4570	0,9093	10,11,15
II	67	92/4	C10H19NO	1,4614	0,9011	10,11,15
III	64	112/3	C11H19NO	1,4895	0,9121	10,11,15
IV	58	116/3	C10H17NO2	1,4911	0,9088	10,11,15
V	70	79-80	C5H9N	1,4175	0,7792	6
VI	72	119-120	C7H13N	1,4296	0,8042	6
VII	78	72/35	C8H13N	1,4718	0,8222	8
VIII	65	62/10	C7H11NO	1,4765	0,8066	8
IX	52	178-179	C8H16N2	1,4533	0,8660	3,4
X	70	220-221	C12H24N2	1,4582	0,9013	3,4
XI	55	149/10	C14H24N2	1,4954	0,9022	3,4
XII	82	150/10	C12H20N2O2	1,4931	0,8817	3,4

Таблица 2.

Характеристики гидрохлоридов пропаргил- и бутин-2-илдиаминов-1,4

Таблица 3.

Характеристики галогенпроизводных аллиламинов (R)₂NCH₂CX=CXH (XIII-XX)

Таблица 5.

Характеристики галогензамещенных аллиламинов (R)NCH₂CX=CX₂ (XXIX-XXXVI)

Таблица 6.

Некоторые характеристики (Е)-транс-2,3-дигалогенобутен-2- N¹,N¹, N⁴,N⁴-диаминов-1,4 

Таблица 7.

Химические сдвиги в спектрах ЯМР ¹Н и ¹³С пропаргиламинов и галогенопроизводных аллиламинов на их основе XXXVII-XLIV, δ м.д. (согласно данным прибора Varian XL-100)

β-положении к аминометильной группы. Прост­ранственная близость электро-отрицательных атомов позволяет предполагать транс-расположение галогенов при двойной связи. В ИК-спектрах галогенпроизводных моно- и диаминов отсутствуют полосы поглощения в области 3300- и 2140-2100 см^-1, характерные для валентных колебаний ацетиленовых связей С≡С и ≡С—Н, что подтверждает образование целевых продуктов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ИК-спектры синтезированных соединений сняты на приборе UR-20 в тонком слое. Спектры ЯМР ¹Н и ¹³С синтезированных соединений сняты на приборе Varian XL-400. Исходные ацетиленовые амины сняты в чистом виде, полученные галогенпроиз­водные аминов в CDCl₃, внешний стандарт ГМДС. Погрешность измерения δ¹³С ±0,1 м. д. ГЖХ сняты на хроматографе ЛХМ-72 с пламенно-иониза­ционным детектором, оснащенной с колонками из нержавеющей стали. Продукты реакции отделяли с помощью колоночной хроматографии на силикагеле элюированием гексаном.

Ацетиленовые аминоспирты 1-IV синтезированы нами по методике [5-7], а ацетиленовые моно- (V-VIII) и диамины (IX-XII) по методике [4; 13; 14].

Синтез гидрохлорида 1-диметиламинопропина-2 (А). Раствор 8,3 г (0,1 моль) N,N-диметилпроп-2-ин-1-амина в 100 мл ацетона при охлаждении колбы водопроводной водой насыщают газообразным и сухим HCl, образующиеся белые кристаллы отфильтровали на складчатом бумажном фильтре. Таким способом были получены гидрохлориды ацетиленовых моно- и диаминов (B, C, D, E, F, G, H).

Бромирование пропаргиламинов. Образование XVII, XXV, XXXIII. К перемешиваемому хлороформному раствору (50 мл) гидрохлорида 1-диметиламинопропина-2 (А) (11,9 г, 0,1 моль), 0,1 г CuCl добавляли хлороформный раствор (25 мл) брома (16,6 г, 0,2 моль) по каплям (3-5 минут) при 35 °С и полученную смесь перемешивали 0,5 часов и при этом красный цвет брома постепенно исчезал. Затем, спустя 2 часа к смеси добавляли водный тиосульфат натрия (1%-ный, 150 мл) и промывали водой и высушивали над MgSO₄. По данным ТСХ раствор содержал 4 пятна и не идентифицированные соединения. После отгонки хлороформа содержимое растворяли в гексане и оставляли на ночь. На следующий день из раствора выпадают кристаллы, которые отделяли от аликвотной части фильтро­ванием. Гексановый раствор разделялся на колонке высотой 1 метр и диаметром 2 см. Было выделено перегонкой четырех сливов, которые содержали: 1) непрореагировавший пропаргиламин V (ЯМР ¹Н, δ (2Н) CH₂ группы при 3,8 м.д.) около 5%; XXXIII (ЯМР ¹Н, δ (6Н) (СН₃)₂ группы при 2,3 м.д.) около 10%. Выделенные кристаллы растворяли в растворе ацетон:гексан=1:1 и в течении 2 часа разделялся на той же колонке с силикагелем и R_f для XVII 0,6 (ЯМР ¹Н, δ (1Н) СН при 6,7 м.д.; (2Н) СН₂ при 3,0 м.д.; (6Н) (СН₃)₂ при 2,7 м.д.; а для XXV R_f =0,78 и δ (6Н) (СН₃)₂ при 2,7 м.д. и (2Н) СН₂ группы. В ИК-спектре соединения XVII имеются полосы поглощения для ОН группы при 4200 см^-1, третичный азот при 3000-2900 см^-1, транс-дигалоид при С=С связи 700-650 см^-1.

Другие бромпроизводные аминосоединений получают по аналогичной методике.

Хлорирование пропаргиламинов. Образование XVI, XXIV и XXXII. К перемешиваемому хлоро­формному раствору (50 мл) гидрохлорида VIII-D (0,1 моль 16,15 г), 0,1 г CuCl и при температуре 30 °С пропускают газообразный хлор в количестве 7,1 г (0,2 моль) в течении 1 часа. Экзотермический процесс предотвращают охлаждением водопроводной водой (20-25 °С). Затем, спустя 2 часа к смеси добавляют водный тиосульфат натрия (1%-ный, 150 мл), промывают водой и сушат над MgSO₄. Затем хлороформ отгоняют и остаток хроматографируют в тонком слое силуфоля, носитель ацетон:гексан (1:1), проявляют йодом. При этом смесь дает 4 пятна: R_f 0,9-VIII, 0,77-XXIV, 0,6-XVI и 0,5-XXXII. К раствору прибавляют 50 мл гексана и смесь охладают смесью льда и соли и при этом из раствора выпадают асбестовидные желто-коричневые кристаллы, которые отделяют от раствора фильтрованием и отжимают. Выделенные кристаллы растворяют в растворе ацетон:гексан=1:1 и в течении 2 часа разделяют на той же колонке с силикагелем и R_f для XVI (выход 60%) равна 0,67, а для соединения XXXII (выход 12%) равна 0,77. Из отжима после отгонки гексана перегонкой в вакууме выделяют XXIV (выход 26%) с R_f равной 0,56. Имеющиеся с ЯМР ¹Н спектре исходного соединения VIII смещения δ 8H в тетрагидро-окcазиновом цикле 3,6 и 2,50 м. д., 2Н метиленовой группы при 3,9 м. д. и 1Н СН протона при ацетиленовой связи претерпевают определенные изменения с введением галогенов в его молекулу. В соединении XXIV проявляются 8Н протоны гетероцикла в области 3,6 и 2,50 м. д., 2Н протоны метиленовой группы, а в XVI δ 8H при 3,6 и 2,50 м.д., 2Н метиленовой группы при 3,0 м. д. и при 6,5 м. д. проявляется геминальный 1Н протон при этиленовой связи, а в соединении XXXII 8H протоны при 3,6 и 2,50 м. д., 2Н метиленовой группы при 3,0 м. д., что наглядно демонстрирует строение полученных соединений.

По описанным выше методикам получены также другие дихлор- и дибромпроизводные аминов. Аналогичному этому также были синтезированы транс-дигалоидпроизводные 1,4-диаминов, которые выделены в виде кристаллов.

Монокристаллы получить нам не удалось.