Способ получения 2,4-дифенилтиофена

Изобретение относится к области органического синтеза, в частности к способу получения 2,4-дифенилтиофена, который находит применение в качестве реагента в органическом синтезе, в синтезе лекарственных препаратов, инсектицидов, красителей. Сущность способа заключается во взаимодействии стирола и элементной серы под воздействием ультразвука с частотой 22 кГц и мощностью 1-3 Вт/см³. Процесс ведут при мольном соотношении стирол:сера, равном 1:1-3, при температуре от 20 до 160°С в течение 2 часов. Предложенный способ позволяет упростить технологический процесс и повысить выход целевого продукта до 57%.

 

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, в частности к способу получения 2,4-дифенилтиофена общей формулы (1):

Соединения тиофенового ряда нашли применение как сополимеры для получения полимеров с фотофизическими свойствами (Wiley Periodicals, Inc J Polym Scientific, Part A: Polym Chem 2004; 42: 6061-6070) в качестве специальных реагентов для синтеза лекарственных препаратов (Fujita М, Hirayama Т, Ikeda N. Bioorg. Med. Chem. 2002; 10(10):3113-22), биологически активных препаратов с антибактериальными, антигрибковыми и антивирусными свойствами.

Известен способ (Bogert М.Т., Herrera P.P., J. Am. Chem. Soc., 1923, 45, 238) синтеза 2,4-дифенилтиофена из анилидов и арилзамещенных метилкетонов и элементной серы при 200°С по схеме:

Недостатками данного способа являются высокая температура и применение труднодоступных анилидов арилзамещенных метилкетонов.

Известен способ (Воронков М.Г., Дерягина Э.Н., Кузнецова М.А.//Ж. орг. хим. 1982, Т.18, №8, с.1743-1749) получения 2,4-дифенилтиофена реакцией α- и β-бромстиролов с сероводородом в жидкой фазе при 150-170°С с выходом (37%).

Недостатками данного способа являются высокая температура и применение галогенидов - бромстиролов.

Известен способ (Джемилев У.М., Байбулатова Н.З., Ткаченко Т.Е., Кунакова Р.В., Халилов Л.М., Берг А.А. // Ж. Изв. АН СССР. Сер. хим, 1989. №3, с.655-660) получения 2,4-дифенилтиофена (1), 3,4-дифенилтиофена (2), 2,5-дифенилтиофена (3) в соотношении 3:4:3, реакцией фенилацетилена (1 моль) с элементной серой (2 моль) при 130°С 6 ч с общим выходом ˜50%. Данная реакция может протекать и в отсутствии катализатора, но при этом общий выход тиофенов (1-3) не превышает ˜13%.

В данном способе недостатком является использование дорогостоящего катализатора - кобальта и труднодоступного фенилацетилена, выход 2,4-дифенилтиофена (1) составил 15%.

Известен способ (Baumann E., Fromm Е., Ber., 1895, 28, 890) получения 2,5-дифенилтиофена, в частности взаимодействием двух молей стирола или коричной кислоты с элементной серой при нагревании, по схеме:

Данный способ позволяет получать 2,4-дифенилтиофен как побочный продукт с небольшим выходом.

Задачей данного изобретения является получение 2,4-дифенилтиофена с более высоким выходом и более простым способом.

Предлагается новый способ синтеза 2,4-дифенилтиофена.

Это достигается взаимодействием стирола с элементной серой под воздействием ультразвуковой кавитации. При ультразвуковой кавитации происходит образование, рост, пульсация и другие типы движения пузырьков, а также их взаимодействие с жидкостью, между собой и с твердыми поверхностями при условиях, когда в жидкости создается пониженное, а затем повышенное давление. При схлопывании пузырьков образуются ударные волны, вызывающие очень высокие локальные температуры и давления, инициирующие микроперемешивание. В этих условиях происходит образование активных частиц (радикалов, ионов, атомов, электронновозбужденных частиц), инициирующих различные реакции как в кавитационных полостях, так и в самой жидкости.

Мольное соотношение реагентов стирол:сера равно 1:1-3. Изменение соотношения элементной серы менее 1 моль на 1 моль стирола приводит к понижению конверсии. Температура реакции регулируется мощностью ультразвука в пределах 1-3 Вт/см³. Целевой продукт реакции - 2,4-дифенилтиофен, выход которого достигает 57%.

Существенные отличия предлагаемого способа.

В предлагаемом способе в качестве инициатора химических превращений используется кавитация. В известном способе применяется нагревание исходных реагентов - стирола и элементной серы, с получением предпочтительно 2,5-дифенилтиофена (3), а 2,4-дифенилтиофен (1) является побочным продуктом с небольшим выходом. В других известных способах выход 2,4-дифенилтиофена не превышает ˜37%.

Преимущества предлагаемого способа.

Способ позволяет получать с высокой региоселективностью 2,4-дифенилтиофен (57%). Разработанный нами метод отличается простотой проведения эксперимента и не требует применения труднодоступных реагентов, нагревательных и перемешивающих устройств.

Способ поясняется примерами.

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор с обратным холодильником на половину глубины жидкости погружен волновод УЗНД-2Т с рабочей частью диаметром 15 мм и помещена термопара для определения температуры, подсоединенная к вольтметру. При комнатной температуре 20°С помещают 1 моль стирола, в состав которого входит ингибитор полимеризации (˜1%), и 3 моля элементной серы. В течение 10 мин происходит повышение температуры до 130°С. Дальнейшее повышение температуры имеет плавный характер: в течение часа температура поднимается до 140°С, в последующий час температура поддерживается в интервале 145-160°С. Затем реакционную массу охлаждали до 20°, при этом кристаллизуется сера, не вступившая в реакцию после центрифугирования и фильтрования, смесь продуктов разделяли вакуумной разгонкой из хлороформного экстракта. Получен 2,4-дифенилтиофен с выходом 57%, т.кип. 176°С при 6 мм ртутного столба.

Спектральные характеристики (Спектры ЯМР ¹Н зарегистрированы на спектрометре "Tesla BS-487" (100 МГц), ЯМР ¹³С на спектрометре "Jeol FX 90Q" (89.55 и 22.50 МГц), внутренний стандарт ТМС, растворитель CDCl₃. Хромато-масс-спектральный анализ соединений проводили на приборе Finigan 4021.) 2,4-дифенилтиофена:

Спектр ЯМР ¹Н (δ, м.д.; (CDCL₃) 7.28 уш.с (Н³), 7.18 уш.с (Н⁵), 7.97 уш.с ( Н^7,11), 6.75-6.78 уш.с (Н^8,10), 7.37 уш.с (Н⁹), 7.18 уш.с (Н^13,17), 7.18, 7.22 уш.с (Н¹⁴), 7.44 уш.с (Н¹⁵), 7.22 уш.с (Н¹⁶). Спектр ЯМР ¹³С (δ, м.д.) 145.18 с (С²), 135.97 д (С³), 143.23 с (С⁴), 122.39 д (С⁵), 129.01 с (С⁶), 125.94 с (С^7,11), 128.93 д (С^8,10), 127.34 д (С⁹), 134.44 с (С¹²), 127.57 д (С^13,17), 129.00 д (С^14,16), 127.76 д (С¹⁵).

Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 236 (100) [M]⁺, 202 (28) [M-HSH]⁺, 191 (22) [M-SCH]⁺, 134 (13) [C₈H₆S]⁺, 102 (8) [С₈Н₆]⁺, 89 (76) [C₇H₅], 77 (10) [С₆Н₅]⁺.

ПРИМЕР 2. Аналогичным способом при соотношение 1 моль стирола и 1 моль элементной серы получают 2,4-дифенилтиофен с выходом 22%.

Способ получения 2,4-дифенилтиофена

взаимодействием стирола и элементной серы при нагревании, отличающийся тем, что процесс осуществляется под воздействием ультразвука, инициирующего интенсивное перемешивание и нагрев реакционной массы от 20 до 160°С, в течение 2 ч при мольном соотношении стирол:сера, равном 1:1-3, в стирол вводят ингибитор полимеризации.