Способ получения 5-замещенных-2-цианофуранов

 

Изобретение относится к органической химии, конкретно к способу получения 5-замещенных-2-цианофуранов общей формулы где R - атом водорода или брома, метил или нитрогруппа, который заключается во взаимодействии фуранового альдегида формулы: где R имеет вышеуказанные значения, с азотистоводородной кислотой в среде хлороформа при нагревании в присутствии катализатора-гидратированного перхлората магния Mg(ClO₄)₂•2,5H₂O при мольном соотношении соответствующего фуранового альдегида, азотистоводородной кислоты и указанного катализатора соответственно 1:1,1:1 в интервале температур кипения: в начале азотистоводородной кислоты, а затем хлороформа до прекращения выделения азота. Эти соединения используются в синтезе биологически активных соединений. Технический результат: повышение выхода и упрощение процесса. 1 табл.

Изобретение относится к органической химии, точнее к получению гетероциклических соединений, а именно 5-замещенных-2-цианофуранов, общей формулы где R - атом водорода или брома, метил или нитрогруппа, которые являются промежуточными продуктами в синтезе биологически активных соединений.

Впервые о получении фурановых нитрилов сообщил Валах, который с 20-25% выходом получил 2-цианофуран посредством обработки соответствующих амида и оксима пятихлористым фосфором. Одновременно с ним, но использовав пятиокись фосфора и уксусный ангидрид, с 50% выходом Денстед из амида пирослизиевой кислоты, а Пинер из оксима фурфурола получили 2-цианофуран (Dunlop A.P., Peters F.N. The Furans. N.Y.: Reinhold Publ, Corp. 1953, p.457). Приведенные способы получения 2-цианофурана многостадийны и связаны с получением или выделением первоначально образующегося промежуточного продукта - амида или оксима. В ходе поиска простых методов синтеза 5-замещенных-2-цианофуранов был разработан способ (Мнжоян Н.Л., Маркарян Э.А. Производные фурана // Изв. АНАрм. ССР (серия химич.) - 1964. Т. 17. - 1. С.89-95), основанный на реакции дегидратации соответствующего оксима действием уксусного ангидрида в кипящем пиридине. Но данный способ неприемлем к исходным фурфуролам, содержащим в пятом положении нитро-группу или галоген.

Изучена реакция 2-хлорметилфурана с различными неорганическими цианидами. В качестве основного продукта с выходом 15% был получен 5-метил-2-цианофуран (Reichstein Т. , Uber D. Furylessigasanre und cins interessante Umlargerung dez Furan-Reihe // Ber.-1930. - 63. P.749-752). Проведение синтеза нецелесообразно, так как низок выход целевого продукта.

Ввиду нестабильности 5-нитро-2-цианофурана в средах основного характера способ его получения предусматривался непосредственно нитрованием 2-цианофурана (Pavazanec F., Kovac J. Reaction of substituted 2-furulcyanides with azides // Coll. Chech. Chem. Commun. - 1976. - Vol. 41. 6. - P. 1622-1697). Хотя выход целевого продукта 50%, методика синтеза многостадийна и трудоемка.

К перспективному способу получения следует отнести способ получения 2-цианофурана (73%) окислением оксима фурфурола диоксидом селена (Sosnovsky., Krogh. , Umhoefes S. A one-flask conversion of aldehydes to nitriles using hydroxylamin hydrocloride and selenium dioxide. // Syntthesis - 1979. 9. - P. 722-724), однако о возможности синтеза 5-замещенных аналогов данных нет.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу получения 5-замещенных-2-цианофуранов общей формулы I является способ получения, который заключается в том, что фурановый альдегид общей формулы где R имеет указанные значения, подвергают взаимодействию с азотисто-водородной кислотой в присутствии в качестве катализатора 69-72% хлорной кислоты при мольном соотношении фуранового альдегида общей формулы (II), азотистоводородной кислоты и катализатора 1:(1-1,1):(0,1-0,15) соответственно в среде бензола при 35-45^oС в присутствии безводного перхлората магния (А. с. 1130566, СССР). Способ получения 5-замещенных-2-цианофуранов. / П.А. Павлов, В.Г. Кульневич, - Б.И. 1984. 47).

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении выхода и упрощении процесса получения 5-замещенных-2-цианофуранов.

Для достижения технического результата предлагается в качестве исходного продукта использовать фурановый альдегид общей формулы II
где R - атом водорода или брома, метил или нитрогруппа, азотистоводородную кислоту, в качестве органического растворителя берут хлороформ, катализатором выбирают гидратированный перхлорат магния Mg(ClO₄)₂•2,5H₂O, взятые в соотношении 1:1,1:1, нагревают до температуры кипения азотисто-водородной кислоты, а затем температуру повышают до температуры кипения хлороформа и кипятят до прекращения выделения азота.

Предлагаемый способ получения 5-замещенных-2-цианофуранов общей формулы I

отличается от наиболее близкого аналога тем, что в качестве катализатора используют гидратированный перхлорат магния Mg(ClO₄)₂•2,5H₂O, который одновременно связывает выделившуюся в результате реакции воду, что по сравнению с прототипом позволяет исключить необходимость использования труднодоступного безводного перхлората магния, который получают обезвоживанием перхлората магния при 200-300^oС в вакууме.

В качестве органического растворителя применяют хлороформ, который индифферентен к азотистоводородной кислоте и негорюч, а следовательно, способ более безопасен.

Следующим отличительным признаком являются условия нагревания. В предлагаемом способе нагревание ведут в два этапа, так как наиболее интенсивное разложение азотистоводородной кислоты наблюдается при температуре ее кипения, а заканчивают реакцию при температуре кипения хлороформа, повышая тем самым выход целевого продукта.

Процесс получения 5-замещенных-2-цианофуранов проводят следующим образом.

К 0,1 моль соответствующего фуранового альдегида прибавляют 60 см³ хлороформенного раствора, содержащего 0,11 моль азотистоводородной кислоты, и 0,1 моль "ангидрона" Mg(ClO₄)₂•2,5H₂O, включают мешалку и при температуре 30-34^oС выдерживают 1 час (после внесения "ангидрона" выделение газообразного азота начинается не сразу, а по истечении 5-8 минут), затем поднимают температуру до 60^oС и кипятят до прекращения выделения газообразного азота (1 час), что свидетельствует о конце протекания реакции, охлаждают до комнатной температуры реакционную массу обрабатывают водой, отделяют хлороформенный слой, промывают еще раз водой, отгоняют хлороформ и выделяют целевой продукт перекристаллизацией или вакуумной перегонкой.

Пример 1. 5-Нитро-2-цианофуран.

Реакцию проводят при 30-60^oС. Выход 10,16 г (96%). После перекристаллизации из смеси (хлороформ - гексан) Т_пл 64-65^oС.

Вычислено, %: С 43,74; Н 1,44; N 20,28.

С₅H₂N₂О₃.

Найдено, %: С 43,49; Н 1,43; N 20,28.

ИК-спектр (CCl₄), см^-1: 1359, 1505 (N62), 2244 (СИ)
УФ-спектр (1,4-диоксан): λ_max = 291 нм, (lgε 4,32).

Спектр ПМР (δ, м.д.; J; Гц): Н_a 7,71 (д. 3,95); Н_б 7,60 (д.3,95).

Пример 2. 2-Цианофуран.

Реакцию проводят при 30-60^oС. Выход 7,73 г (84%). Т_кип 147^oС. (740 мм), d₄ ²⁰ 1,0822; n₄ ²⁰ 1,4797.

Вычислено, %: С 64,51; Н 0,32; N 15,05.

С₅Н₃NO.

Спектр ПМР (δ, м. д.; J; Гц): Н_a 7,82 (д. 0,75); Н_б 7,33 (д.3,95), Н_с 6,63 (д.3,7).

Пример 3. 5-Метил-2-цианофуран.

Реакцию проводят при 30-60^oС. Выход 9,97 г (91%). Т_кип 74-75^oС (26 мм); d₄ ²⁰ 1,0398; n₄ ²⁰ 1,4849.

Вычислено, %: С 77,04; Н 5,35; N 14,98.

C₆H₅NO.

Найдено, %: С 77,05; Н 5,36; N 14,95.

Спектр ПМР (δ, м.д.; J; Гц): Н_а 7,16 (д. 4,0); Н_б 6,23 (д.4,0).

Пример 4. 5-Бром-2-цианофуран.

Реакцию проводят при 30-60^oС. Выход 15,11 г (88%). Т_кип 77-78^oС (11 мм); d₄ ²⁰ 1,8976; n₄ ²⁰ 1,5408.

Вычислено, %: С 34,88; Н 1,16; Вr 46,51; N 8,4.

C₅H₂NOBr.

Найдено, %: С 34,80; Н 1,17; Вr 46,50; N 8,4.

Спектр ПМР (δ, м.д.; J; Гц): Н_а 7,28 (д. 4,0); Н_б 6,65 (д.4,0).

По каждому из приведенных примеров были отработаны условия проведения реакции, которые помещены в таблице.

Из таблицы видно, что оптимальные соотношения исходного альдегида, азотистоводородной кислоты и катализатора 1:1,1:1. Оптимальным температурным режимом является нагревание при температуре в начале 30-34, а затем повышением ее до 60^oС. На примерах 2, 3, 7, 8, 11, 12, 15 видно, что, подогревая один раз до 30-34^oС, чтобы увеличить выход целевого продукта, нужно греть 4-5 часов. Этого результата мы достигаем, подогревая в два этапа за 2 часа, увеличив температуру до температуры кипения хлороформа. Примеры 4, 5, 9, 10, 13, 14, 16, 17. Подогрев при температурах ниже температуры кипения азотистоводородной кислоты (примеры 1, 6) не позволяет добиться технического результата.

Формула изобретения

Способ получения 5-замещенных -2-цианофуранов общей формулы I

где R-атом водорода или брома, метил или нитрогруппа, взаимодействием фуранового альдегида общей формулы II

где R имеет вышеуказанные значения, с азотистоводородной кислотой в среде органического растворителя при нагревании в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют гидратированный перхлорат магния Mg(ClO₄)₂•2,5H₂O и процесс проводят при мольном соотношении фуранового альдегида формулы II, азотистоводородной кислоты и катализатора соответственно 1: 1,1: 1 в среде хлороформа в интервале температур кипения в начале азотистоводородной кислоты, а затем хлороформа до прекращения выделения азота.

РИСУНКИ

Рисунок 1