СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРИЛГИДРАЗИНОВ
METHOD OF PRODUCING ARYLHYDRAZINES

Изобретение относится к области синтетической органической химии. Предлагаемый метод позволяет получать различные замещенные арилгидразины, которые используются в органическом синтезе для получения разнообразных гетероциклических соединений, применяющихся в производстве органических красителей, биологически активных соединений, антиоксидантов и др. Например, описан синтез на основе арилгидразинов инсектицидов [1], триазолов с высокой гербицидной активностью [2-4], замещенных пиразолов [5-8], конденсированных пиразолов [9] и N-окисей пиразолов [10] с гербицидной активностью.
В качестве метода получения арилгидразинов чаще других используется восстановление солей диазония, поскольку он основан на доступных и дешевых исходных - замещенных анилинах.
В качестве восстановителей применяют хлорид олова (II), сульфитные смеси и аскорбиновую кислоту. Перечисленные методы имеют ряд недостатков и ограничений в использовании. Так, восстановление сульфитными смесями проводится, как правило, при положительных температурах [1], что предполагает использование только устойчивых к действию повышенных температур солей диазония. Восстановление сульфитными смесями, кроме того, весьма чувствительно к кислотности реакционной смеси, требует строгого выдерживания определенного значения рН в течение всего времени реакции [11]. Успешное восстановление аскорбиновой кислотой возможно также лишь при положительных температурах. Восстановление по этому способу, кроме того, требует длительного времени как для собственно восстановления, так и для последующего гидролиза образующихся в ходе восстановления производных щавелевой кислоты [5].
Наиболее близким к заявляемому решению является взятый за прототип способ восстановления солей диазония двухлористым оловом [10]. Однако этот способ предполагает использование низких температур -25°С - -50°С. Имеющиеся примеры проведения реакции при более высоких температурах крайне редки и предполагают использование только устойчивых солей диазония, содержащих в ароматическом ядре сильные электроноакцепторы, например атом фтора в о-положении к диазогруппе [3, 6, 9].
Целью изобретения является повышение выходов целевых арилгидразинов, упрощение технологии проведения реакции, сокращение времени реакции, расширение круга потенциальных исходных соединений.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе соль диазония, полученная из соответствующего анилина, обрабатывается сначала четыреххлористым оловом, затем выпавший осадок гексахлорстанната диазония отделяется фильтрованием и вводится во взаимодействие с 10-50% избытком двухлористого олова в концентрированной соляной кислоте при температуре -15-0°С в течение 15-40 минут. Для выделения полученного арилгидразина образовавшуюся реакционную смесь подщелачивают раствором NaOH до нейтральной реакции, полученную смесь экстрагируют бензолом, экстракт промывают насыщенным раствором хлористого аммония, водой, сушат безводным сульфатом натрия и бензол отгоняют.
Выделение синтезированного арилгидразина проводят в виде гидрохлорида, для чего бензольный раствор упаривают вдвое и при слабом охлаждении постепенно пропускают сухой хлороводород до прекращения выпадения осадка гидрохлорида арилгидразина, осадок отфильтровывают и сушат. Для выделения образовавшегося арилгидразина в виде гидрохлорида после окончания восстановления реакционную смесь нагревают при перемешивании до 80°С до растворения выпавшего осадка, реакционную смесь оставляют при комнатной температуре на 1 час, выпавший осадок отфильтровывают и сушат.
При этом не требуется специальный температурный режим и реакция проводится при температуре -15-0°С, то есть в обычных условиях для получения и использования солей диазония. Реакция сопровождается слабым экзотермическим эффектом и заканчивается, как правило, за 15-40 минут.
Целевой гидразин при описанном способе получения является практически единственным продуктом реакции, что обеспечивает его высокие выходы, определяемые лишь полнотой выделения целевого продукта и его устойчивостью. Отсутствие заметных примесей в итоговой реакционной смеси позволяет в ряде случаев выделять целевой продукт простым фильтрованием выпавшего гидрохлорида арилгидразина (см. пример 2) либо использовать полученный при стандартном выделении (пример 1) экстракт в органическом растворителе для дальнейших превращений без выделения и очистки индивидуального вещества. Способ выделения синтезированного арилгидразина определяется его растворимостью в реакционной среде и устойчивостью в виде свободного основания.
Высокие выходы, селективность, мягкие условия проведения реакции обуславливаются на наш взгляд тем, что восстановлению подвергается не хлорид диазония, а образовавшийся после его обработки тетрахлоридом олова комплексный гексахлорстаннат. При этом олово (IV) противоиона в комплексе легко восстанавливается до олова (II), которое, оставаясь в координационной сфере арилдиазоний катиона, быстро и эффективно восстанавливает последний до арилгидразина.
Суть предлагаемого решения иллюстрируется ниже приведенными примерами.
Пример 1
Синтез 3-хлор-2-(N-морфолил)гидразина (I)
В реакторе емкостью 150 мл, снабженном термометром и механической мешалкой, смешивают 10,63 г (0,05 моля) 3-хлор-2-морфолиланилина и 10,6 мл концентрированной соляной кислоты (р=1,18 г/мл) при комнатной температуре. Смесь охлаждают до -5°С (лед-соль) и постепенно по каплям добавляют 19 мл раствор нитрита натрия с концентрацией 200 г/л при температуре не выше 0°С. После окончания диазотирования к реакционной смеси добавляют при перемешивании 3,5 мл (0,03 моль) тетрахлорида олова при температуре 0-5°С. Выпавший осадок отфильтровывают. Слегка влажный осадок соответствующего гексахлорстанната небольшими порциями добавляют к раствору 25,39 г (0,1125 моль, 50%-ный мольный избыток) дигидрата двухлористого олова в 18 мл концентрированной соляной кислоты. В течение 40 минут при интенсивном перемешивании и температуре -15°С в начальный момент и не выше 0°С в конце добавления. Окончание реакции определяют взаимодействием с раствором R-соли (проба на вытек).
Выделение гидразина I (метод А): К реакционной смеси добавляют 200 мл воды и нейтрализуют концентрированным раствором едкого натра до рН=7. Полученную смесь экстрагируют бензолом (80 мл × 6). Объединенный экстракт промывают насыщенным раствором хлористого аммония и водой. Бензол упаривают до 200 мл и сушат безводным сульфатом натрия. Полученный раствор 3-хлор-2-(N-морфолил)фенилгидразина может быть использован в органическом синтезе, например, индолов по реакции Фишера без выделения и дополнительной очистки гидразина.
Выделение гидразина I виде гидрохлорида (метод Б): Через бензольный раствор при слабом охлаждении постепенно пропускают сухой хлороводород до прекращения выпадения осадка гидрохлорида 3-хлор-2-(N-морфолил)гидразина. Осадок отфильтровывают и сушат.
Пример 2
Синтез 2-метокси-5-нитрофенилгидразина (II)
Гидразин II получают из 2-метокси-5-нитроанилина, как описано в примере 1, диазотированием и последующим восстановлением двухлористым оловом, взятым с 10%-ным избытком, в течение 10 минут.
Выделение гидрохлорида гидразина II (метод В): После окончания восстановления реакционную смесь нагревают при перемешивании до 80°С до растворения выпавшего осадка. Реакционную смесь оставляют при комнатной температуре на 1 час. Выпавший осадок отфильтровывают и сушат.
Выходы синтезированных гидрохлоридов гидразинов, а также способы их выделения приведены в таблице.
Источники информации
1. Jin Haihong. Process for the preparation of insecticidal phenylhydrazine derivatives. - Pat. USA №6278022 B1. - 21.08.2001.
2
2. George Theodoridis. Herbicidal 1-aryl-δ-1,2,4-triazolin-5-ones. - Pat. USA №8700730. - 12.02.1987.
3. George Theodoridis. Herbicdal aryl triazolinones. - Pat. USA №4818275. - 04.04.1989.
4. Lester L. Maravets. Herbicdal aryl triazolinones. - Pat. USA №4743291. - 10.05.1988.
5. John F. Lambert, Timothy Norris. Preparation of sodium-hydrogen exchanger type-1 inhibitors. - Pat. USA №20020082274 A1. - 27.06.2002.
6. Suresh R. Kapadia, Jinhua J. Song, Nathan K. Yee. Bis pyrazole-1H-pyrazole intermediates and their syshtesis. - Pat. USA №6492529 B1. - 10.12.2002.
7. M.V. Ramana Reddy, Stanley C. Bell. Process for the preparation of 1,5-diaryl-3-substituted-pyrazoles-Pat USA №20030109709 A1. - 12.12.2003.
8. Rafael Shapiro, licius T. Rossano, Karen L. Tenhuisen. Process for the preparation of 1,3,5-trisubstituted pyrazoles via [3+2] cycloaddition. - Pat. USA №20060069270 A1. - 30.03.2006.
9. Haga Tom, Nagano Eiki, Morita Kouchi, Sato Ryo. Indazole compounds, their production, use and intermediates. - Pat. JP. №0235567 A2. - 09.09.1987.
10. Enomoto Masayuki, Nagano Eiki, Haga Toru, Morita Kouichi, Sato Ryo, Bezoxazinyl-triazole oxides, their production and used. - Pat. JP. №0305923 A1. - 08.03.1989.
11. Jean-Manuel Mas, Christophe Rochin. Method for synthesizing aryl hydrazine through reduction of a diazo compound derivative. Pat. USA №6087534. - 11.07.2000.
Таблица
Выходы, температуры плавления, спектральные характеристики гидрохлоридов дизамещенных арилгидразинов общей формулы <img file="00000001.tif" he="30" wi="45" img-content="undefined" img-format="tif" />
№
R<sub>1</sub>
R<sub>2</sub>
Выход, %
Т<sub>пл</sub>, °C
Способ выделения
Спектры ПМР (δ, м.д.)
Ar-Н
-NH-
-NH<sub>3</sub> <sup>+</sup>
R<sub>1</sub>
(I)
2-(N-морфолил)
3-хлор
80
190-191
Б
6.9-7.3 (m, 3Н)
7.9 (s, 1H)
10.2 (s, 3Н)
3.3-3.9 (m, 8H)
(II)
2-метокси
5-нитро
92
196-202 (разл.)
В
7.2 (d, 1H<sub>3</sub>)
8.2 (s, 1H)
10.35 (s, 3Н)
4.0 (s, 3Н)
7.9 (d, 1H<sub>4</sub>)
7.91 (s, 1Н<sub>6</sub>)
(III)
2-(N-морфолил)
5-хлор
86
120-125 (разл.)
Б
6.9-7.2 (m, 3Н)
7.8 (s, 1H)
10.25 (s, 3Н)
2.8 (m, 4H)
3.8 (m, 4H)
(IV)
4-(N-морфолил)
3-хлор
79
173-174
Б
6.9-7.3 (m, 3Н)
8.3 (s, 1H)
10.3 (s. 3Н)
2.9 (m, 4H)
3.7 (m, 4H)
(V)
5-метокси
3-нитро
89
208-210
В
7.05 (s. 1H<sub>2</sub>)
8.9 (s, 1H)
10.55 (s, 3Н)
3.85 (s, 3Н)
7.28 (s, 1H<sub>4</sub>)
7.46 (s, 1Н<sub>6</sub>)
(VI)
2-(N-морфолил)
5-нитро
82
136-140 (разл.)
В
7.2 (d. 1Н<sub>3</sub>)
8.1 (s, 1H)
10.35 (s, 3Н)
3.0 (m, 4H)
7.86 (d. 1H<sub>4</sub>)
3.8 (m, 4H)
7.95 (s, 1Н<sub>6</sub>)