Изучение реакционной способности 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана в реакциях с алифатическими аминами

УДК 547.87

Л. М. Юсупова, И. В. Галкина, Л. В. Спатлова, З. Н. Бикмухаметова

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ

5,7-ДИХЛОРО-4,6-ДИНИТРОБЕНЗОФУРОКСАНА В РЕАКЦИЯХ С АЛИФАТИЧЕСКИМИ АМИНАМИ

Ключевые слова: динитробензофуроксан, аминопроизводные, алифатические амины, биологическая активность.

Приведены результаты взаимодействия 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с первичными и вторичными аминами. Показано, что реакции 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с алифатическими аминами различного строения протекают в среде мало полярных растворителей, образуя дизамещенные аминопроизводные 4,6-динитробензофуроксана.

Keywords: dinitrobenzofuroksan, amino compounds, aliphatic amines, biological activity.

The results of the interaction of 5,7-dichloro-4,6-dinitrobenzofuroksana with primary and secondary amines. It is shown that the reaction of 5,7-dichloro-4 ,6-dinitrobenzofuroksana with an aliphatic amines of different structures occur in the environment little polar solvents, forming a di-substituted amino derivatives of 4,6-dinitrobenzofuroksana.

Известно, что производные 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с ароматическими аминами, обладают различной биологической активностью, низкой токсичностью [1]. Известны свойства 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксан как аналитического реагента [2]. Различные производные алифатических аминов применяют как противоопухолевые препараты. Один из них хлорэтиламин, обладает высокой токсичностью, побочными явлениями. В связи с этим поиск новых биологически активных соединений в ряду производных 5,7-дихлоро-4,6-ди-нитробензофуроксана с алифатическим аминами является актуальным [3].

Авторами [4] был получен активный субстрат 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксан, который был изучен в химических превращениях с алифатическими аминами, с целью синтеза функционально 5,7-дизамещенных-4,6-динитробензофурок-санов, потенциально новых биологически активных веществах. Исходя из анализа строения 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана, в котором ввиду присутствия двух нитрогрупп и фуроксанового кольца, атомы хлора должны быть сильно активированы. Нами были проведены теоретические исследования расчетными методами (программный пакет "GAUSSIAN") строения 5,7-дихлоро-4,6-динитро-бензофуроксана, представленные ниже, которые показали, что распределение электронной плотности в указанной структуре таково, что на атомах углерода, в положении 5 и 7 создается эффективный положительный заряд, способствующей легкому замещению галоидов на нуклеофил.

no2

CI^^N ч

С1- 0,03827

С2 - 0,15664 (Cl в 5 положении) С3 - 0,10352

С4 - 0,14327 (Cl в 7 положении) С5 - 0,21388

Таким образом в реакциях нуклеофильного замещения могут участвовать два атома хлора.

Ранее авторами [5] были проведены кинетические исследования реакции нуклеофильного замещения 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с ароматическим амином. Константа скорости реак-

ции 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана с 3,5-дихлороанилином выше константы скорости пик-рилхлорида с 3,5-дихлороанилином в 5,7-7,5 раз. Это свидетельствует о том, что фуроксановый цикл обладает большим электроноакцепторным эффектом по сравнению с нитрогруппой.

Это позволяет сделать заключение о том, что 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксан может быть использован в качестве активного субстрата в реакциях нуклеофильного замещения с аминами разного типа.

5,7-Дихлоро-4,6-динитробензофуроксан был изучен в реакциях нуклеофильного замещения с аммиаком.

Результаты исследований показали, что реакции взаимодействия аммиака с 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана в среде метанола и этанола протекают с образованием аммонийной соли меток-си- или этоксипроизводного по схеме:

no2.

cyVs

nh3

ch3o

o2n

n^^n',

cl

ch3oh

o2n

no2

cn:o+nh4+

och3

В результате обработки этих солей 80%-ной серной кислотой был получен 5,7-диокси-4,6-динитробензо-фуроксан.

В качестве аминирующих реагентов нами были также исследованы водный аммиак и хлорид аммония. Реакция взаимодействия водного аммиака с 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана при температуре 50-600С в течении 1-1,5 часа приводит к образования диаммониевой соли 5,7-диокси-4,6-ди-нитробензофуроксана по схеме:

o

Cl

nh4oh

O

O

C

O

Аналогично протекает реакция 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксана в водной среде и с хло-

В литературе известно [6], что карбонаты щелочных металлов способны промотировать образование диариламинов, т.е. являются катализаторами. В связи с этим реакцию взаимодействия 5,7-ди-хлоро-4,6-динитробензофуроксана с аммиаком и хлорид аммония проводили в присутствии карбоната калия в мольном соотношении и получили вместо аммониевой соли 5,7-диокси-4,6-динитробензофу-роксана дикалиевую соль аминопроизводного. Реакция протекает по схеме:

По аналогии протекает реакция нуклео-фильного замещения с карбонатом аммония, поскольку карбонат аммония сочетает в себе амини-рующий агент-ион аммония и карбонат-ион, катализирующий реакцию, было получено диариламино-производное в виде аммонийной соли по схеме:

Таким образом, обобщая полученные результаты можно сказать, что в среде полярных растворителей получить 5,7-диамино-4,6-динитро-бензофуроксан не возможно, продуктом реакции являются солевые продукты димерного строения.

Исследования показали, что для получения 5,7-диамино-4,6-динитробензофуроксана с соответствующий качественным характеристикам необходимо применение мало полярных растворителей, таких как хлороформ, дихлорэтан, четыреххлори-стый углерод. Для получения 5,7-диамино-4,6-ди-нитробензофуроксана, 5,7-дихлоро-4,6-динитробен-зофуроксан растворяют в этих растворителях, охлаждают до 00С и пропускают газообразный аммиак до исчезновения 5,7-дихлоро-4,6-динитро-бензофу-роксана (контроль методом ТСХ). 5,7-Диамино-4,6-динитробензофуроксан выделяется из реакционной массы в виде аммонийной соли, которую легко разрушить концентрированной соляной кислотой. Получается 5,7-диамино-4,6-динитробензофуроксан в виде желтого порошка, высокой степени чистоты Тпл 308-3090С. Строение продукта доказывали ИК-спектроскопией и элементным анализом. ИКС, см-1: 3330, 3230(КН2), 1620, 1570 (С=№), 1235 (N^-0), 1510, 1330 (Ш2). Найдено: % С27,95; Н 1,49; N

32,6; СбН^606. Вычислено: % С 28,13; Н 1,56; N 32,81.

С целью расширения синтеза потенциально новых биологически активных соединений нами было изучено взаимодействие 5,7-дихлоро-4,6-ди-нитробензофуроксана с первичными и вторичными аминами. Такие реакции протекают в большинстве случаев с образованием продуктов диаминирования с замещением обоих атомов хлора и образованием соответствующих 5,7-диаминопроизводных-4,6-ди-нитробензофуроксанов. В качестве аминов нами были выбраны метиламин, диэтиламин.

Замещение 5,7-дихлоро-4,6-динитробензо-фуроксана с метиламином проводили в водном растворе по схеме:

М02 N02

I Т,° ♦ 4CH3NH2 - \ \ \ * ^Н2-НС'

С' NH

I

CHз

Реакцию проводили при температуре

50С в

течении 30 мин. В этих условиях в 5,7-дихлоро-4,6-динитробензофуроксане атомы хлора заместились на ОН-группу, т.е. был получен продукт гидролиза.

С целью получения аминопроизводного реакцию замещения проводили с газообразным метиламином. В растворе хлороформа при температуре

50С

пропускали газообразный метиламин, при этом раствор окрашивался в темно-бордовый цвет и выпадал осадок оранжевого цвета, который очищали в уксусной кислоте. В результате был получен кристаллический продукт желтого цвета 5,7-бис-(ди-метиламино)-4,6-динитробензофуроксан с Тпл 199-2000С. Строение

продукта доказывали ИК-спектро-скопией и элементным анализом. ИКС, см-1 3350 (^ЫН), 1620, 1590 (C=N), 1230 (N^0), 1530, 1340 (N02). Найдено: % С 33,62; Н 2,78; N 29,69; СН^А. Вычислено: % С33,8; Н 2,82; N 29,58.

Реакция дихлординитробензофуроксана с диэтиламином в среде смеси растворителей этанол-диэтиловый эфир (20-80%) протекает легко при комнатной температуре с образованием кристаллического продукта красного цвета с Тпл. (с разл.) 186.2°С. По данным элементного анализа и результатам ИК-спектрального исследования полученное вещество представляет собой продукт ди-замещения 5,7-бис-(диэтиламино)-4,6-динитробен-зофуроксан.

В ИК спектре продукта (рис. 1) отсутствуют полосы поглощения в области 3300 см-1, характерные для ^Н связей в аминах, что доказывает наличие третичного атома азота в полученном продукте. При этом фуроксановый цикл сохраняется, что видно по наличию полос в области 1620 см-1 (С=^ и в области 980 см-1 (N-0), а также отсутствуют полосы

в области 750-800 см- (С-С1), что подтверждает образование продукта дизамещения:

Рис. 1 - ИК спектр продукта 5,7-бис-

Индивидуальность полученного вещества подтверждена методом совмещённого ТГ/ДСК анализа (рис. 2).

Рис. 2 - Дериватограмма совмещённого ТГ/ДСК анализа продукта 5,7-бис-(диэтиламино)-4,6-динитробензофуроксан

Строение полученного продукта дизамеще-ния также было подтверждено методом ЯМР 13С в (СБ3)280 (рис.3).

Рис. 3 - Спектр ЯМР С{*Щ продукта 5,7-бис-(диэтил-амино)-4,6-динитробензофуроксан в (CDз)2SO

В спектре отчётливо фиксируются сигналы с 5 = 153 м.д., 152 м.д., 151 м.д., 113 м.д., 109 м.д., 102 м.д., характеризующие атомы углерода бензофуроксано-вого цикла. Также, присутствуют две пары линий, подтверждающие наличие в продукте четырёх неэквивалентных атомов углерода от диэтиламино-групп (Е^КЬ.

В качестве амина нами был выбран дибути-ламин. Реакция дихлординитробензофуроксана с дибутиламином протекает легко при комнатной температуре в среде смеси растворителей этанол-диэтиловый эфир с образованием кристаллического продукта красного цвета с Тпл. (с разл) = 166,6°С. По данным элементного анализа и результатам ИК-спектрального исследования полученное вещество представляет собой продукт дизамещения 5,7-бис-(дибутиламино)-4,6-динитробензофуроксана (1):

С1

02уг<

4(C4H9)2NH

C4H9 H9C4 —N 021-

H9C^ I X 0

N02

В ИК спектре полученного продукта отсутствуют полосы поглощения в области 3300 см-1, характерные для №Н связей в аминах, что доказывает наличие в нем третичного атома азота. При этом фуроксановый цикл сохраняется, что видно по наличию полос в области 1620 см-1 (С=^) и 980 см-1 (N-0).

Индивидуальность полученного вещества подтверждена методом совмещённого ТГ/ДСК анализа. Строение полученного продукта дизамещения 1 было окончательно подтверждено методом рент-геноструктурного анализа (рис. 4).

Рис. 4 - Геометрия продукта 1 в кристалле

Как видно из рисунка, геометрия бензольного ядра в диаминированном динитробензофурок-сане существенно искажена, а атомы азота нитро-групп заметно отклоняются от плоскости бензофу-роксанового цикла, что совершенно нехарактерно как для незамещенного, так и различных замещенных бензофуроксанов и связано, очевидно, с сильным стерическим взаимодействием двух дибутила-миногрупп.

Результаты исследований показали, что третичные амины при комнатной температуре в спир-тово-эфирной среде не вступают во взаимодействие с указанными субстратами - видимо, в силу их существенно меньшей нуклеофильности.

Таким образом, для взаимодействия 5,7-ди-хлоро-4,6-динитробензофуроксана алифатическими аминами различного строения необходимо применение мало полярных растворителей. При применение полярных растворителей, таких как этанол, изопро-панол, метанол, образуются продукты гидролиза.

Литература

0

-2 HC

N0

1

1. Л.И. Хмельницкий, Химия фуроксанов: Реакции и применение. Наука, М., 1996,384 с.

2. Бакеева Р.Ф.,С.Ю. Гармонов Вестник КГТУ, № 5, 4854 (2010).

3. Л.В. Спатлова. Дис. канд. хим. наук, КГТУ, Казань, 2003. 124 с.

4. Л.В. Спатлова, Л.М. Юсупова Вестник КГТУ, №19, 29 (2011).

5. Л.М. Юсупова, Л.В. Спатлова Вестник КГТУ, № 19, 49 (2011).

6. Пат. США, 4209463 (1977).

© Л. М. Юсупова - д-р хим. наук, проф. каф. химии и технологии органических соединений азота КНИТУ; И. В. Галкина - д-р хим. наук, проф. каф. высокомолекулярных и элементоорганических соединений К(П)ФУ; Л. В. Спатлова - канд. хим. наук, доцент каф. оборудование химических заводов КНИТУ, lidanet@inbox.ru; З. Н. Бикмухаметова - студ. гр. 1101-52 каф. химии и технологии органических соединений азота КНИТУ.