Новый способ получения 4(5)-нитроимидазолкарбоновой кислоты

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 92 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1960 г.

НОВЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 4(5)-НИТРОИМИДАЗОЛКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ

Л. П. КУЛЕВ, А. М. РОЖКОВ

/ын—с-ш2

4 (5) - нитроимидазолкарбоновая кислота НС ||

Ч N —С—СООК

впервые была получена Виндаусом и Опитцем [1] из 4(5)-ф-окси-этил)-имидазола при нагревании его с десятикратным количеством 25-процентной азотной кислоты.

Позднее Фаргер и Пиман [2] пытались найти более доступный способ получения 4(5)-нитроимидазолкарбоновой кислоты, преследуя при этом цель осуществить переход через аминоимидазолкарбоновую кислоту к синтезу пуриновых производных. Авторы действовали азотной кислотой на 4(5)-имидазолкарбоновую кислоту, 4(5)-имидазол-дикарбоновую кислоту, 4(5) (р-аминоэтил-имидазол) и 4(5)-цнан-метилимидазол, но ни в одном из этих случаев не получили положительных результатов.

Только в 1923 году Виндаусу и Лангенбеку [3] удалось найти сравнительно удобный способ получения 4(5) - нитроимидазолкарбо-новой кислоты из метилимидазола, который в свою очередь получался из виноградного сахара, а затем подвергался нитрованию дымящей азотной кислотой при нагревании. Возникающий при этом 4(5)-нит-рометилимидазол конденсировался далее с бензальдегидом, образуя 4(5) - нитростирилимидазол, который при окислении перманганатом калия давал 4(5)-нитроимидазолкарбоновую кислоту

МН - С-N0.

КМп04-

с-сн

3

—с -сн =СН-С6 Н5

/ын-с-ыо2

--— НС

—с -соон

Внесенные Олсбруком, Гулландом и Стори [4] некоторые изменения в рецептуру Виндауса и Лангенбека позволили несколько повысить выход нитроимидазолкарбоновой кислоты, однако и в этом случае он не превышал 23—24 % от теоретического.

Нахождение более рентабельного способа получения этой кислоты представляет значительный интерес, так как он может быть поло-

жен в основу синтеза одного из важных пуриновых производных—ксан-тина, о чем свидетельствует следующая схема [4]:

С ООН СООСН, СООСН..

с-мн • С — NN С-1МНЧ

II \„ ^оц. ц ¡1 \нкс"°.-

Ог М - С О. N -С — N ^ Н.Н-С — Ы^

Нг N СООСН. йг N СООН нм—С = 0

: I I I

О: С с NN. О ~ С С~ГМК, о =С С —МН.

и . й нее , ,, \

Лн—— I сн

'' У? I

нм — . * ' Н N-С — Н" нм—С — Ы--

Превращение ксантина в другие пуриновые производные, например кофеин и теобромин, известно уже давно и легко осуществляется с помощью обычных метилирующих агентов. По данным Бредерека [5], при действии диметилсульфата на ксантин в определенных температурных условиях и рН среды выход кофеина достигает 90 %, а выход теобромина—68 % от теоретического. Указанное обстоятельство приобретает особое значение в связи с тем, что все возрастающая потребность в этих денных лекарственных веществах заставляет искать новые пути их синтеза, среди которых путь через нитроимидазолкар-боновую кислоту может оказаться легко доступным и экономически выгодным.

Разработанный нами [6] способ получения нитроимидазолкарбо-новой кислоты из оксиметилимидазола заслуживает в этом отношении внимания.

Экспериментальная часть

Исходный продукт для получения 4(5)-нитроимидазолкарбоновой

/Ш-СН

кислоты —4(5) - оксиметилимидазол НС Г

.4 N—С—СН2ОН получался по способу Л. Кулева и А. Онищука [7] из инвертированного сахара. Для разрушения медного комплекса вместо сероводорода более удобным оказалось применять сернистый натрий в виде 20% водного раствора его, прибавляемого до полного осаждения сульфида меди. Все остальные условия получения 4(5)-оксиметилимидазола соблюдались согласно прописи авторов.

В трехгорлую колбу, снабженную термометром и механической мешалкой, наливают 150 мл дымящей азотной кислоты (уд. вес 1,50) и к ней постепенно добавляют при перемешивании 160мл крепкой серной кислоты (уд. в. 1,84). В охлажденную нитрующую смесь вносят небольшими порциями в течение 35—40 мин. 50 г хлористоводородной соли оксиметилимидазола. Во избежание сильного разогревания и интенсивного выделения окислов азота колбу охлаждают водой, следя за тем, чтобы температура смеси не превышала 25—30°. Колбу помещают в термостат, нагревают сначала при 39—40° в течение четырех часов, а затем при 42—43°—8 часов.

Строгое соблюдение указанного здесь температурного режима является обязательным, так как в противном случае (при более высокой ¿°) реакция может пойти в сторону образования имидазолкар-боно&ой кислоты, которая, как показали наши опыты, не переходит уже в нитрокислоту, несмотря на продолжительное нагревание с нитрующей смесью. 124

Содержимое колбы выливают в фарфоровую чашку с 1Б мл дистиллированной воды, чашку накрывают часовым стеклом и помещают на кипящую водяную баню. Первые 2—3 часа реакция сопровождается бурным выделением окислов азота, затем она идет спокойно и по истечении 5—6 часов заканчивается. Этому моменту соответствует прекращение выделения бурых паров и обесцвечивание раствора.

Часовое стекло снимают и нагревание продолжают еще некоторое время до упаривания раствора приблизительно на 1/3 его первоначального объема. Реакционную смесь охлаждают, выливают в стакан с водой (общее количество жидкости около 1,5 литра) и хорошо перемешивают. Нитроимидазолкарбоновая кислота выпадает в виде бесцветных мелких иголок или плоских призм. Кристаллы отфильтровывают, промывают 3—4 раза ледяной водой (по 100 мл на каждую операцию), тщательно отжимают и высушивают в вакуум-эксикаторе.

Выход продукта—42 г или 71,5 « о теоретического.

Нитроимидазолкарбоновая кислота плавится при 307—308" с разложением. Легко растворяется в горячей воде и спирте (при нагревании), очень легко—в водных растворах щелочей. Нерастворима в холодной воде, эфире, бензоле, четыреххлористом углероде и ацетоне. Растворяется в минеральных кислотах, но не образует с ними солей. Так, например, из растворов крепкой серной кислоты нитрокислота осаждается водой без изменения. Не дает она и комплексных соединений с пикриновой и платинохлористоводородной кислотами, чем отличается от других производных имидазола.

Анализ полученного вещества на азот по измененному методу Кьельдаля дал следующие результаты:

0,2181 г вещ. — 41,5 мл ОД н. НоБО,; 0,2290 г вещ. — 43,0 мл 0,1 н. Н2504. Найдено % Ы: 26,65 и 26,61. Вычислено %№ 26,75.

Для идентификации 4(5) -нитроимидазолкарбоновой кислоты проведена реакция этерификации ее с целью получения метилового эфира по способу Виндауса и Лангенбека.

1 г полученного вещества вносят в колбу, снабженную обратным холодильником, приливают 19 г абсолютного метилового спирта, насыщенного сухим хлористым водородом, и нагревают 1 час на водяной бане. Содержимое колбы переносят в фарфоровую чашку и упаривают до появления кристаллов. После перекристаллизации из горячей воды вещество плавится при 212—213°, что соответствует данным Виндауса и Олсбрука для метилового эфира 4(5) - нитроимидазолкарбоновой кислоты.

Анализ метилового эфира на азот

0,2447 г вещ.— 39,5мл ОД н. Н2804; 0,2088 г вещ.—36,5 мл ОД н Н,304. Найдено °/0М: 24,62 и 24,49. Вычислено °/0Ы: 24,56.

По способу Виндауса был получен также амид 4(5)-нитроими-дазолкарбоновой кислоты действием на нее пятихлористого фосфора с последующей обработкой хлорангидрида аммиаком.

Амид кислоты—почти бесцветные длинные иглы с Г пл. 291°.

Анализ амида на азот

0,1939 г вещ.—49,5 мл ОД н Н2504: 2054г вещ.—52,5 мл ОД н. Н.>304. Найдено % А;: 35,76. и 35,80. Вычислено .°/0Ы: 35,89.

Выводы

1. Разработан новый способ получения 4(5)-нитроимидазолкар-боновой кислоты из 4(5)-оксиметилимидазола путем действия на него нитрующей смеси в определенных температурных условиях.

Выход нитрокислоты по этому способу достигает 70%—72% теоретического.

ЛИТЕРАТУРА

Windaus, Opitz, Ber., 44, 1724, 1911.

2. F а г g h е г, Р у ш а n, J. С hem. Soc., 115, 219, 1919.

3. Windaus, Lange nbeck, Ber., 56, 683, 1923.

4. А 1 1 s e b г о о с k, G u 11 а n d, Story, J. Chem. Soc., 232, 1942.

5. В г e d e г e с k, Schuh, Martin, Ber., 83, 201, 1950. (). Авторское свид. №102033, 10/X11—1955.

7. Кул ев Л. П. и Онищук А. Е. Труды химико-металлургического института Зап. Сиб. ФАН СССР, вып. 1,77, 1949.