1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах
  4. T. 508, № 1, 2023

Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах , 2023, T. 508, № 1, стр. 35-38

Катализируемое Ag(I) гидроаминирование 3-бутоксипропина имидазолом

Л. А. Грищенко 1, Л. Н. Паршина 1, академик РАН Б. А. Трофимов 1, *

1 Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук
664033 Иркутск, Россия

* E-mail: boris_trofimov@irioch.irk.ru

Поступила в редакцию 01.07.2022
После доработки 06.10.2022
Принята к публикации 14.10.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Показано, что имидазол присоединяется к тройной связи 3-бутоксипропина под действием каталитических количеств (5 мол. %) солей серебра с образованием смеси α- и β-изомеров: 1-(3-бутоксипроп-1-ен-2-ил)-имидазола и 1-[(Z)-3-бутоксипроп-1-ен-1-ил)]-имидазола.

Ключевые слова: алкенилимидазолы, винилирование, алкины, Ag(I)-катализ

ВВЕДЕНИЕ

Неослабевающий интерес к алкенилимидазолам – продуктам присоединения жизненно важного азотистого гетероцикла к алкинам – обусловлен их разнообразной биологической активностью [1–3], широким применением в органическом синтезе [4–6] и координационной химии [7–9]. В свою очередь, металлокомплексы на основе алкенилимидазолов зачастую обладают мощной биологической, прежде всего, антигипоксической активностью [7–9].

Впервые о прямом винилировании имидазолов ацетиленом сообщалось Реппе [10]. Процесс осуществлялся в диоксане под давлением ацетилена в присутствии гидроксида калия. В настоящее время алкенилимидазолы получают обычно реакцией имидазолов с ацетиленами в сверхосновных средах, таких как гидроксиды калия [11–14] или цезия [12, 14], карбонаты этих металлов [13] или фосфат калия [12, 13] в диметилсульфоксиде (ДМСО). Перечень вовлеченных в эти реакции ацетиленов включает в основном разнообразные арилацетилены [12–14], а также 3-этинилтиофен [12]. В отношении алифатических ацетиленов в работах [13, 14] приводятся примеры неудавшихся реакций имидазола и 2-метилимидазола с октином и гексином соответственно. До сих пор известна только одна работа [11], в которой в системе КОН–ДМСО осуществлено успешное гидроаминирование пропина (метилацетилена) имидазолом и его 2‑метилпроизводным, приводящее к образованию N-изопропенил- и 2-метил-N-изопропенилимидазолов.

Альтернативой основно-каталитическому гидроаминированию ацетиленов может стать активация тройной связи соединениями переходных металлов (золота, серебра, меди) с последующим присоединением гетероцикла. Можно было ожидать, что замена оснований на соединения переходных металлов позволит также минимизировать нежелательную прототропную изомеризацию 3-алкоксипропинов (пропаргиловых эфиров) в соответствующие аллены, с особой легкостью протекающую в присутствии сверхоснований [15]. Среди различных каталитических систем наибольшую популярность в реакциях гидроаминирования алкинов приобрели соединения золота [16]. Использование Au(I) в качестве катализатора позволило успешно провести реакцию алкинов как с первичными аминами, так и с некоторыми азотистыми гетероциклами (пиразол, триазол) [16, 17]. В то же время данные об участии имидазолов в этих процессах ограничиваются публикациями о реакциях имидазолов с интернальным октином в присутствии сложной каталитической системы [{Au(IPr)}2(μ-OH)][BF4] и NBu4OTf (выход 21%) [17] или с пропаргиловым эфиром природного полисахарида арабиногалактана (выход до 97%) под действием доступной золотохлористоводородной кислоты [18]. Хотя соединения серебра намного дешевле и доступнее соединений золота, они значительно менее исследованы в качестве катализаторов гидроаминирования ацетиленов [19], причем о реакциях ацетиленов с имидазолами в присутствии соединений Ag(I), по нашим сведениям, не сообщалось.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В данной работе с целью проверки возможности использования соединений серебра (I) в реакции гидроаминирования функциональных ацетиленов имидазольными гетероциклами исследована реакция имидазола с 3-бутоксипропином (схема 1) в присутствии AgNO3. Проведено также сравнение каталитической активности AgNO3 и соединений золота (HAuCl4 ⋅ 4Н2О, AuCl3).

Схема 1.

Алкенилирование имидазола 3-бутоксипропином.

Эксперименты показали, что при взаимодействии имидазола с 3‑бутоксипропином в присутствии соединений серебра (I) (AgNO3) или золота (III) (HAuCl4 · 4Н2О, AuCl3) (ДМСО, 70–110°С, 3–15 ч) образуется смесь изомеров – 1-(3-бутоксипроп-1-ен-2-ил)-N-имидазол и 1-[(Z)-3-бутоксипроп-1-ен-1-ил)]-N-имидазол – с выходом 30–57%. Как скорость реакции, так и соотношение изомеров в составе образующейся смеси зависят от природы используемых катализаторов. Лучшие результаты (препаративный выход 57%) достигнуты при нагревании смеси реагентов (108–110°С) в течение 3 ч в присутствии AgNO3 при концентрации ацетилена 5 моль л–1. Увеличение продолжительности реакции до 10 ч приводит к снижению выхода до 39%, вероятно, вследствие побочных процессов полимеризации алкенилимидазолов. Уменьшение температуры до 70–90°С, как и концентрации 3-бутоксипропина до 1 моль л–1, сопровождается заметным снижением скорости процесса.

Соединения золота (HAuCl4 · 4Н2О, AuCl3,) проявляют меньшую каталитическую активность. В сравнимых условиях (108–110°С, 5 мол. % катализатора) 91–94% конверсия 3-бутоксипропина достигается в течение 10 ч. Выход смеси алкенилимидазолов при этом не превышает 37–40%.

В отсутствие катализаторов реакция не протекает (на основании данных ИК- и ЯМР- спектроскопии).

Соотношение изомеров в продуктах составляет 2.5 : 1 (с преобладанием 1-(3-бутоксипроп-1-ен-2-ил)-имидазола) при использовании нитрата серебра и сдвигается к соотношению 1 : 1 в реакции, катализируемой соединениями золота.

Структура соединений подтверждена методами ИК-, 1H и 13C ЯМР- спектроскопии. В ИК-спектрах выделенных продуктов, по сравнению со спектрами исходных соединений, отмечаются отсутствие полос колебаний NН-имидазольного цикла (3125–2614 см–1) и С≡СН-групп (3103, 2116 см–1) 3‑бутоксипропина и появление полосы колебаний алкенильного (СН=СН, С=СН2) фрагмента(1656 см–1).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Спектры 1H, 13C ЯМР регистрировали на спектрометрах Bruker DPX-400 и Bruker AV-400 (400.13, 100.62 МГц соответственно) (“Bruker”, США) в CDCl3, внутренний стандарт – ГМДС (1H) и остаточный CHCl3 (13C). Контроль за ходом реакции осуществляли методом 1H ЯМР-спектроскопии. ИК-спектры записаны на спектрометре Varian 3100 FT-IR (США) в тонком слое. Элементный анализ выполнен на анализаторе Series Thermo Flash EA 1112 CHN (Thermo Finnigan, Италия).

Синтез 3-бутоксипропина. К раствору NaOH (20.0 г, 500.0 ммоль), бутанола (8.8 г, 100 ммоль) и триэтилбензиламмоний хлорида (0.42 г, 1.8 ммоль) в 20.0 мл воды при непрерывном перемешивании при температуре 10–15°C по каплям был добавлен пропаргилбромид (23.8 г, 200.0 ммоль). Полученную смесь перемешивали в течение 10 ч при комнатной температуре, добавляли 5 мл H2O, охлаждали до 0–5°С и нейтрализовали 10%-м раствором НСl. Органический слой отделяли, промывали водой и сушили над Na2SO4. Полученный эфир очищали перегонкой при пониженном давлении. Получили бесцветный маслообразный продукт, выход 9.6 г (86%). 1H ЯМР (CDCl3, δ,  м. д.): 0.86 (т, 3H, Me, J 8.0 Гц), 1.29–1.35 (м, 2H, CH2–Ме), 1.45–1.53 (м, 2H, CH2), 2.43 (т, 1Н, ≡СН, J 4.0 Гц), 3.44 (т, 2H, CH2–О, J 8.0 Гц), 4.05 (д, 2H, CH2–C≡, J 4.0 Гц).

Реакция имидазола с 3-бутоксипропином. Раствор  3-бутоксипропина (0.163 г, 1.5 ммоль), AgNO3 (0.013 г, 0.077 ммоль, 5 мол. % по отношению к –C≡CH) и имидазола (0.117 г, 1.7 ммоль) в ДМСО (0.30 мл) перемешивали в течение 3 ч при температуре 110–112°C. После охлаждения до комнатной температуры растворитель отгоняли в вакууме. Продукт выделяли из полученной смеси колоночной хроматографией (Al2O3, элюент – хлороформ : бензол : этанол = 20 : 4 : 1). Получили смесь региоизомеров: 1-(3-бутоксипроп-1-ен-2-ил)-имидазола   (Марковниковский   аддукт)   и 1-[(Z)-3-бутоксипроп-1-ен-1-ил)]-имидазола (анти-Марковниковский аддукт) (соотношение изомеров 2.5 : 1 соответственно). Маслообразный продукт желтого цвета, выход 0.15 г (57%). 1H ЯМР (CDCl3, δ, м. д.): 0.93 (т, 3H, Me, J 8.0 Гц), 1.31–1.40 (м, 2H, CH2–Me), 1.52–1.59 (м, 2H, CH2), 3.48 (т, 2H, CH2–О, J 8.0 Гц), 4.28 (с, 2H, H‑8'), 5.26, 5.02 (с, 1H, H-7'), 7.07 (с, 1H, H-4'), 7.19 (с, 1H, H-5'), 7.82 (с, 1H, H–2'). 13C ЯМР (CDCl3, δ, м. д.): 13.7 (Me), 19.2 (СН2-Ме), 31.6 (СН2), 70.1 (С-8'), 70.6 (С-10'), 104.9 (СН2=), 120.0 (С-5'), 129.6 (С-4'), 135.4 (С-2') – Марковниковский аддукт. 1H ЯМР (CDCl3, δ, м. д.): 0.90 (м, 3H, Me, J 8.0 Гц), 1.31–1.40 (м, 2H, CH2–Ме), 1.52–1.59 (м, 2H, CH2), 3.46 (т, 2H, CH2–О, J 8.0 Гц), 4.09 (д, 2H, CH2-8, J 8.0 Гц), 5.61 (дд, 1H, H-7, J 8.0, 4.0 Гц), 6.75 (д, 1H, H-6, J 8.0 Гц), 7.03 (с, 1H, H-4), 7.09 (с, 1H, H-5), 7.59 (с, 1H, H-2). 13C ЯМР (CDCl3, δ, м. д.): 13.7 (Me), 19.2 (СН2–Ме), 31.6 (СН2), 65.0 (С-8), 70.1, (CH2–О), 116.9 (С-7), 119.2 (С-5), 124.9 (С-6), 137.4 (С-5), 139.0 (С-2) – анти-Марковниковский аддукт (Z-изомер). Найдено, %: С, 66.35; Н, 8.89; N, 15.21. Вычислено для С10H16N2O, %: С, 66.63; Н, 8.95; N, 15.54.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на примере присоединения имидазола к 3‑бутоксипропину в присутствии нитрата серебра, впервые показана возможность гидроаминирования пропаргиловых эфиров, избегая их изомеризации в аллены, а также применимость катализа катионами серебра для реализации указанного процесса. При этом каталитическая активность AgNO3 не только превышает таковую известных катализаторов реакций присоединения алкинов – соединений золота (III) (HAuCl4 ⋅ 4Н2О, AuCl3), но и позволяет повысить в сравнении с ними селективность изучаемого процесса гидроаминирования. Образующиеся в результате реакции бутоксиалкенилимидазолы – перспективные фармакологические объекты и лиганды для дизайна металлокомплексов.

Список литературы

  1. Choi J.Y., Podust L.M., Roush W.R. // Chem. Rev. 2014. V. 114. № 22. P. 11242–11271. https://doi.org/10.1021/cr5003134

  2. Niwano Y., Kuzuhara N., Kodama H., Yoshida M., Miyazaki T., Yamaguchi H. // Antimicrob. Agents Chemother. 1998. V. 42. № 4. P. 967–970. https://doi.org/10.1128/AAC.42.4.967

  3. Ogata M., Matsumoto H., Shimizu S., Kida S., Shiro M., Tawara K. // J. Med. Chem. 1987. V. 30. № 8. P. 1348–1354. https://doi.org/10.1021/jm00391a014

  4. Aly A.A. // Z. Naturforsch. 2005. V. 60b. № 1. P. 106–112. https://doi.org/10.1515/znb-2005-0116

  5. Gusarova N.K., Malysheva S.F., Belogorlova N.A., Parshina L.N., Trofimov B.A. // Synthesis. 2011. № 11. P. 1777–1782. https://doi.org/10.1055/s-0030-1260025

  6. Noorani N., Mehrdad A. // Phys. Chem. Res. 2020. V. 8. № 4. P. 689–703. https://doi.org/10.22036/pcr.2020.227164.1757

  7. Паршина Л.Н., Трофимов Б.А. // Изв. РАН. Сер. хим. 2011. № 4. С. 589–602.

  8. Паршина Л.Н., Грищенко Л.А., Хилько М.Я., Гусарова Н.К., Трофимов Б.А. // ДАН. 2016. Т. 471. № 4. С. 444–445. https://doi.org/10.7868/S0869565216340132

  9. Aliev G., Li Y., Chubarev V.N., Lebedeva S.A., Par-shina L.N., Trofimov B.A., Sologova S.S., Makhmuto-va A., Avila-Rodriguez M.F., Klochkov S.G., Galenko-Yaroshevsky P.A., Tarasov V.V. // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. № 9. 2104. https://doi.org/10.3390/ijms20092104

  10. Reppe W. // Liebigs Ann. Chem. 1956. V. 601. P. 81–138.

  11. Трофимов Б.A., Тарасова О.А., Шеметова М.А., Афонин А.В., Клыба Л.В., Байкалова Л.В., Михале-ва А.И. // ЖОрХ. 2003. Т. 39. № 3. С. 437–442.

  12. Patel M., Saunthwal R.K., Verma A.K. // Acc. Chem. Res. 2017. V. 50. № 2. P. 240–254. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6b00449

  13. Lu L., Yan H., Liu D., Rong G., Mao J. // Chem. Asian J. 2014. V. 9. № 1. P. 75–78. https://doi.org/10.1002/asia.201301173

  14. Patel M., Saunthwal R.K., Verma A.K. // Tetrahedron Lett. 2014. V. 55. № 7. P. 1310–1315. https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2013.12.100

  15. Кобычев В.Б., Витковская Н.М., Клыба Н.С., Трофимов Б.А. // Изв. РАН. Сер. хим. 2002. № 5. С. 713–720.

  16. Алябьев С.Б., Белецкая И.П. // Усп. хим. 2017. Т. 86. № 8. С. 689–749. https://doi.org/10.1070/RCR4727

  17. Michon C., Gilbert J., Trivelli X., Nahra F., Cazin C.S.J., Agbossou-Niedercorn F., Nolan S.P. // Org. Biomol. Chem. 2019. 17. № 15. P. 3805–3811. https://doi.org/10.1039/C9OB00587K

  18. Grishchenko L.A., Parshina L.N., Larina L.I., Belove-zhets L.A., Klimenkov I.V., Ustinov A.Yu., Trofimov B.A. // Carbohydr. Polym. 2020. V. 246. 116638. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116638

  19. Tsuchimoto T., Aoki K., Wagatsuma T., Suzuki Y. // Eur. J. Org. Chem. 2008. № 23. P. 4035–4040. https://doi.org/10.1002/ejoc.200800353

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал