СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1-(2,7-ДИМЕТИЛ-2,7-ОКТАДИЕН-1-ИЛ)БЕНЗИМИДАЗОЛА
METHOD OF PRODUCING 1-(2,7-DIMETHYL-2,7-OCTADIEN-1-YL)BENZIMIDAZOLE

Изобретение относится к органической химии, в частности к химии терпеновых соединений, а именно к способу получения бензимидазолилзамещенного терпена 1-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)бензимидазола формулы (1), обладающему инсектицидной активностью.
Соединение 1 относится к терпеновым производным нерегулярного строения, известно, что оно представляет собой экологически безопасный инсектицид (ювеноид), применяемый для защиты растений, имеются данные о рострегулирующей активности в отношении насекомых-вредителей вида Tenebrio Molitor L. [Petrushkina E.A., Polonic N.B., Ivanova G.B. Synthesis and juvenile hormone activity of benzimidazolylterpenes possessing a 2,7-dimethyloctane skeleton. // Pestic. Sci. - 1999. - Vol. 55. - Issue 6. - Р. 650-652].
2
3
3
Известен способ получения соединения 1, заключающийся во взаимодействии изопрена с бензимидазолом в присутствии каталитической системы Pd(acac) - PhP - EtAl, в растворе ДМФА при 100°С в течение 10 часов (Схема 1). В результате образуется смесь соединения 1 и его изомера - 1-(2,7-диметил-1,7-октадиен-3-ил)бензимидазола - формулы (2), где (1):(2)=4:1. Целевой продукт 1 выделяют колоночной хроматографией на силикагеле [Петрушкина Е.А., Брегадзе В.В. Металлокомплексная теломеризация изопрена и бензимидазола. // Металлоорган. химия. 1991. Т. 4. №2. С. 473-474].
3
Недостатками этого способа, снижающими его технологичность, являются использование взрыво- и пожароопасного EtAl, входящего в состав катализатора, необходимость хроматографического выделения целевого продукта и проведения реакции при высокой температуре.
3
4
4
3
4
4
4
4
4
3
3
Известен способ, где вместо EtAl используют комплексные борогидриды, такие, как LiBH, NaBH, NaBHCN, MeNBH, MeNBH⋅Al(BH), которые намного менее пожароопасны, чем EtAl, но в этом случае образуется сложная смесь пренил- и терпенилбензимидазолов (схема 2) [Петрушкина Е.А., Гавриленко В.В., Опруненко Ю.Ф., Ахмедов Н.Г. Контроль региоселективности теломеризации изопрена с бензимидазолом, катализируемой комплексами палладия // ЖОХ, 1996, Т. 66. №11, С. 1864-1870].
Реакции проводят в растворе ДМФА или МеОН при 100°С в течение 20 часов. Образующиеся при этом смеси содержат от 10 до 74% соединения 1. Выделение соединения 1 из этих смесей колоночной хроматографией представляет собой трудную задачу и существенно снижает выход.
Известен трехстадийный способ получения соединения 1 (Схема 3) [Петрушкина Е.А., Полоник Н.Б. Аллильное алкилирование бензимидазола, катализируемое комплексами палладия, Изв. Акад. наук., Сер. хим., 1999, №2, С. 357-360], который близок к заявляемому техническому решению по ряду существенных признаков и был выбран в качестве прототипа.
Способ-прототип включает следующие стадии:
2
3
2
(1) теломеризацию изопрена с пиперидином в растворе MeCN в присутствии катализатора Pd(acac) - PhP при 100°С в течение 30 часов, которая дает N-(2,7-диметил-2,7-октадиенил)пиперидин с селективностью 83% и выходом 87% (после ректификации выход снижается до 56%); (2) кватернизацию полученного N-(2,7-диметил-окта-2,7-диенил-1)пиперидина йодистым метилом в бензоле при комнатной температуре, проводимую в течение 24 часов с образованием N-(2,7-диметил-2,7-октадиенил)-N-метилпиперидиний йодида с выходом 96% и (3) взаимодействие N-(2,7-диметил-2,7-октадиенил)-N-метилпиперидиний йодида с бензимидазолом в смеси ТГФ-ДМФА в соотношении 6:1 в присутствии NaH и катализатора Pd(dba) при 69°С в течение 52 часов, которое дает смесь соединений 1 и 2 с общим выходом 87% и селективностью образования соединения 1 - 97,5%.
Существенным недостатком прототипа являются образование 17% изомеров на первой стадии, от которых приходится избавляться с помощью высокоэффективной ректификации, что снижает общий выход целевого продукта. Кроме того, на третьей стадии используется пожаро- и взрывоопасный гидрид натрия, и для ее проведения требуется длительное время (52 часа). Указанные недостатки снижают технологичность способа-прототипа.
Задачей настоящего изобретения является разработка экологичного и технологичного способа получения 1-(2,7-диметилокта-2,7-диен-1-ил) бензимидазола 1 из коммерчески доступного сырья.
Технический результат изобретения - новый способ получения 1-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил) бензимидазола из доступного сырья, который не требует использования токсичных и взрывоопасных веществ.
Задача решается заявляемым способом получения соединения 1 из изопрена, представленным на схеме 4.
2
3
3
4
2
Заявляемый способ включает аллилирование бензимидазола, причем сначала изопрен подвергают взаимодействию с диалкиламином, таким, как диметиламин, диэтиламин, пиперидин, морфолин, катализируемому Pd(acac)-PhP в растворе ТГФ, затем проводят кватернизацию полученного N-(2,7-диметилокта-2,7-диен-1-ил)диалкиламина действием этил- или метилйодида с образованием соответствующего йодида N-(2,7-диметилокта-2,7-диен-1-ил)триалкиламмония, действием которого на бензимидазол в присутствии KPO и палладиевого катализатора Pd(dba) в растворе ДМСО, получают целевой 1-(2,7-диметилокта-2,7-диен-1-ил) бензимидазол.
При этом взаимодействие изопрена с диалкиламином осуществляют при 100°С в растворе ТГФ. Кватернизацию N-(2,7-диметилокта-2,7-диен-1-ил)диалкиламина проводят при температуре 20-25°С без растворителя.
3
4
2
Аллилирование бензимидазола проводят в растворе нетоксичного ДМСО, в качестве основания используют KPO, а в качестве палладиевого катализатора для аллилирования бензимидазола используют Pd(dba).
2
3
На первой стадии реакцией изопрена с диметиламином, диэтиламином, пиперидином, морфолином, при 100°С в растворе ТГФ и катализе системой Pd(acac) - PhP получают N-(2,7-диметилокта-2,7-диенил)диалкиламины с выходами 78-96% и 99%-й селективностью. При этом неожиданно оказалось, что применение в качестве растворителя ТГФ (вместо MeCN в прототипе) приводит к почти 100%-й селективности на этой стадии и высокому выходу. Известно, что в таких реакциях в качестве растворителя обычно используют ацетонитрил [Петрушкина Е.А., Брегадзе В.В. Теломеризация изопрена со вторичными аминами на комплексных палладиевых катализаторах // Металлоорган. химия, 1992, 5(5), 1161-1167; Keim W., Kurtz K., and  М. Palladium catalyzed telomerization of isoprene with secondary amines and conversion of the resulting terpene amines to terpenols. // J. Mol. Catal, 1983. V. 20, 129-138; Keim W.,  M., Schieren M. Control of regioselectivity in the palladium catalyzed telomerization of isoprene with diethylamine; synthesis of a new head-to-head terpene amine. // J. Mol. Catal, 1983. V. 20, 139-151].
На второй стадии N-(2,7-диметилокта-2,7-диенил)диалкиламины подвергают кватернизации этил- или метилйодидом в отсутствие растворителя при 20-25°С в темноте и получают соответствующие аммоний йодиды 4а-4з с практически количественными выходами.
2
3
4
На третьей стадии проводят катализируемое Pd(dba) аллилирование бензимидазола солями 4а-4з в растворе ДМСО при 120°С в течение 9 часов в присутствии KPO (вместо взрывоопасного гидрида натрия, используемого в прототипе) и получают целевой продукт 1-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)-бензимидазол 1 с выходом 72% и изомерной чистотой более 96%.
Общий выход целевого 1-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)бензимидазола 1 в расчете на исходный изопрен составляет 62%.
В заявляемом способе в качестве исходного сырья используют изопрен, который является многотоннажным продуктом нефтехимического синтеза. Следует отметить также, что теломеризация изопрена с диалкиламинами в предлагаемом способе протекает региоселективно: получаемый продукт содержит 99% N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)диалкиламинов.
Заявляемый способ обладает следующими достоинствами: (а) способ позволяет получать целевой продукт из доступного исходного соединения - изопрена, который производится в промышленных масштабах; (б) способ не требует применения токсичных и взрывоопасных реагентов; (в) позволяет проводить одну стадию из трех в отсутствие растворителей без растворителя; (г) позволяет получать целевой продукт 1 с высоким общим выходом (62% в расчете на изопрен) и высокой изомерной чистотой, составляющей более 96%; (д) не требует ректификации промежуточного продукта, получаемого на первой стадии.
Таким образом, предлагаемый способ является более технологичным и экологичным, чем прототип.
3
Газожидкостную хроматографию, используемую для определения чистоты полученных соединений, выполняли на хроматографе ЛХМ-8МД (5) со стальной колонкой 2000×3 мм с 15% СКТФТ-50 на хроматоне N-AW, газ-носитель - гелий. Спектры ПМР регистрировали на приборах Bruker Avance-300 и -400 (растворитель CDCl, внутренний стандарт ТМС). Хромато-масс-спектрометрический анализ выполняли на приборе Analytical VG 70-70Е при 70 eV и температуре ионного источника 150°С.
Заявляемое изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами.
Пример 1
2
3
12
23
1.1. Взаимодействие изопрена с диметиламином: получение N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)диметиламина (3а). В автоклав в токе аргона помещают 1 ммоль Pd(acac), 4 ммоль PhP, 25 мл абс. ТГФ, 200 ммоль изопрена и 100 ммоль диметиламина, выделенного из спиртового раствора и сжиженного при охлаждении. Автоклав нагревают при 100°С в течение 32 часов. Низкокипящие соединения удаляют в вакууме. Остаток перегоняют при т.кип. 85-88°С (3 мм рт. ст.). Получают 17,3 г (96%) амина (3а). Найдено, %: С 79,27; Н 12,68; N 7,53. CHN. Вычислено, %: С 79,49; Н 12,78; N 7,72.
13
26
1.2. Получение йодида N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)триметиламмония 4д. Смешивают 10 г (55 ммоль) амина (3а) и 8,5 г (60 ммоль) метилйодида, перемешивают в темноте при комнатной температуре. Через 3 дня образовавшийся желтый осадок промывают пентаном, отфильтровывают. Получают 16,1 г (91%) йодида 4д с т.пл. 158-160°С. Найдено, %: С 48,08; Н 8,02. CHIN. Вычислено, %: С 48,30; Н 8,10.
2
17
22
2
3
3
2
2
2
2
2
1
2а
7а
5
4
6
1
8
3
4'
7'
1'
1.3. Получение 1-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)бензимидазола 1. В колбу помещают 8,7 г (27 ммоль) йодида 4д, 3,19 г (27 ммоль) бензимидазола и 0,8 г (1,35 ммоль) Pd(dba) и 5,7 г (27 моль) фосфата калия, затем добавляют 100 мл сухого диметилсульфоксида. Нагревают при перемешивании и 120°С в течение 9 часов. Реакцию контролируют методом ТСХ. Затем реакционную смесь выливают в воду, несколько раз экстрагируют серным эфиром, экстракт промывают водой. После высушивания эфирного раствора и удаления растворителя остаток перегоняют, т.кип. 168-172°С (1 мм рт. ст.). Получают 4,4 г продукта 1 (выход 64%). Полученное вещество анализируют методами MS-GC и ЯМР. Найдено, %: С 80,26; Н 8,68; N 10,78. CHN. Вычислено, %: С 80,27; Н 8,72; N 11,01. Масс-спектр соединения 1 (m/z, I): 254 (15), 253 (20), 239 (27), 185 (24), 183 (58), 157 (24), 129 (33), 119 (66), 118 (100), 79 (34). Н ЯМР: δ (м.д.), J (Hz): 1,53 с; 1.68 с (6Н, СН, СН), 1,51 м (2Н, СН), 2,01 м (4Н, СН, СН), 4,69 м (4Н, CH, СН), 5,46 т (1Н, СН, J=7.01), 7,36 м, 7,80 м (4Н, СН- СН), 7,86 с (1Н, СН).
1.4. Йодид N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил) этилдиметилметил-аммония (4а) получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.2, из 10 г (55 ммоль) амина 3а и 9,3 г (60 ммоль) этилйодида в количестве 16,5 г (89%).
Пример 2
2
3
14
27
2.1. Взаимодействие изопрена с диэтиламином: получение N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)диэтиламина (3б). Получение соединения 3б проводят по методике, аналогичной описанной в примере 1.1, из 200 ммоль изопрена и 100 ммоль сухого диэтиламина, в присутствии 1 ммоль Pd(acac), 4 ммоль PhP, в 25 мл абс. ТГФ. Продукт перегоняют, т.кип. 69-70°С (1 мм рт. ст.), получая 19,6 г (94%) соединения 3б. Найдено, %: С 79,79; Н 12,91; N 6,46. CHN. Вычислено, %: С 80,31; Н 13,00; N 6,68.
16
32
2.2. Йодид N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил) триэтиламмония 4б получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.2, из 11,5 г (55 ммоль) амина 3б и 9,3 г (60 ммоль) этилйодида. Выделяют 18,0 г (90%) йодида 4б с т.пл. 110-112°С. Найдено, %: С 52,62; Н 9,07;N 3,87 CHIN. Вычислено, %: С 52,60; Н 8,82; N 3,83.
2
2.3. 1-(2,7-Диметил-2,7-октадиен-1-ил) бензимидазол (1) получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.3, из 8,7 г (27 ммоль) аммониевой соли 4б, 3,19 г (27 ммоль) бензимидазола в присутствии 0,8 г (1,35 ммоль) Pd(dba), и 5,7 г (27 ммоль) фосфата калия в 100 мл сухого диметилсульфоксида, в количестве 4,1 г (выход 60%).
2.4. Йодид N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил) метилдиэтиламмония 4е получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.2, из 11,5 г (55 ммоль) амина 3б и 8,5 г (60 ммоль) этилйодида. Выделяют 16,8 г (87%) соли 4е.
Пример 3
2
3
15
27
3.1 Взаимодействие изопрена с пиперидином: получение N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)пиперидина (3в). Соединение 3в получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.1, из 200 ммоль изопрена и 100 ммоль сухого пиперидина, в присутствии 1 ммоль Pd(acac) и 4 ммоль PhP в 25 мл абс. ТГФ. Продукт перегоняют, т.кип. 121-123°С (1 мм рт. ст.), получая 21.2 г (96%) амина 3в. Найдено, %: С 80,85; Н 12,36; N 6,27. CHN. Вычислено, %: С 81,38; Н 12,29; N 6,32.
16
30
3.2. Йодид N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)метилпиперидинаммония (4ж) получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.2, из 12,1 г (55 ммоль) амина 3в и 8,5 г (60 ммоль) метилйодида. Выделяют 18,0 г (90%) соли 4ж с т.пл. 128-129°С. Найдено, %: С 52,45; Н 8,94; N 3,52; I 34,70. CHIN. Вычислено, %: С 52,89; Н 8,32; N 3,85; I 34,92.
2
3.3. 1-(2,7-Диметил-2,7-октадиен-1-ил)бензимидазол 1 получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.3, из 9,8 г (27 ммоль) аммониевой соли 4ж, 3,19 г (27 ммоль) бензимидазола в присутствии 0,8 г (1,35 ммоль) Pd(dba) и 5,7 г (27 моль) фосфата калия в 100 мл сухого диметилсульфоксида, в количестве 4,6 г (выход 72%).
17
32
3.4. Йодид N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)этилпиперидинаммония (4в) получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.2, из 12,1 г (55 ммоль) амина 3в и 8,5 г (60 ммоль) этилйодида. Выделяют 12,2 г (88%) соли 4в. Найдено, %: С 54,06; Н 8,64. CHIN. Вычислено, %: С 54,11; Н 8,55.
Пример 4.
2
3
14
25
4.1 Взаимодействие изопрена с морфолином: получение N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)морфолина (3г). соединение 3г получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.1, из 200 ммоль изопрена и 100 ммоль сухого морфолина, в присутствии 1 ммоль Pd(acac), 4 ммоль PhP, в 25 мл абс. ТГФ. Продукт перегоняют, т.кип. 113-116°С (1 мм рт. ст.), получая 22.3 г (98%) амина 3г. Найдено, %: С 75,25; Н 11,06; N 6,38. CHN. Вычислено, %: С 75,28; Н 11,28; N 6,27.
15
28
4.2. Йодид N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил)метилморфолинаммония (4з) получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.2, из 12,3 г (55 ммоль) амина 3г и 8,5 г (60 ммоль) метилйодида. Выделяют 20,1 г (92%) соли 4з с т.пл. 110-111°С. Найдено, %: С 48,60; Н 7,72; I 33,92. CHINO. Вычислено, %: С 49,32; Н 7,72; I 34,73.
2
4.3. 1-(2,7-Диметилокта-2,7-диен-1-ил) бензимидазол 1 получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.3, из 9,9 г (27 ммоль) аммониевой соли 4з, 3,19 г (27 ммоль) бензимидазола в присутствии 0,8 г (1,35 ммоль) Pd(dba), и 5,7 г (27 моль) фосфата калия в 100 мл сухого ДМСО, в количестве 4,2 г (выход 61%).
4.4. Йодид N-(2,7-диметил-2,7-октадиен-1-ил) этилморфолинаммония (4г) получают по методике, аналогичной описанной в примере 1.2, из 12,2 г (55 ммоль) амина 3г и 9,3 г (60 ммоль) этилйодида. Выделяют 18 г (90%) соли 4 г.