Способ получения 2,3,5-триалкилпиридинов

Изобретение относится к способам получения гетероциклических соединений, конкретно к способу получения 2,3.5-триалкилпиридинов. Сущность способа заключается во взаимодействии аммиака с алифатическими альдегидами в присутствии катализатора кристаллогидрата трихлорида лантанида LnCl₃·6H₂O (Ln=Pr, Nd, Tb) при молярном отношении аммиак: альдегид: катализатор, равном 50:150:1, процесс ведут при атмосферном давлении, комнатной температуре в ДМСО в течение 24 ч в атмосфере воздуха. Данные соединения широко используются при синтезе лекарственных препаратов, включая средства против ВИЧ, а также в производстве красителей, средств химической защиты растений, в качестве экстрагентов, сорбентов и ингибиторов коррозии. Технический результат: уменьшение содержания побочных продуктов, увеличение выхода целевого продукта до 83%, снижение себестоимости целевого продукта. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к способам получения гетероциклических соединений, конкретно к способу получения 2,3,5-триалкилпиридинов общей формулы

где R=С₂Н₅, С₃Н₇, С₄Н₉

Пиридин и его производные являются структурными фрагментами многих биологически активных соединений и широко используются при синтезе лекарственных препаратов, включая средства против ВИЧ заболеваний, а также в производстве красителей, средств химической защиты растений, в качестве экстрагентов, сорбентов и ингибиторов коррозии.

Известен способ (Ю.Д.Дольская, Г.Я.Кондратьева. Каталитический синтез алкилпиридинов из 2-азарленов-1,3 и олефинов. Изв. АН СССР. Сер. хим. 1970. №9. С.2123-2124) получения 2-этил-3,5- диметилпиридина с выходом 17% в реакции N-пропилиденпропениламина с пропиленом под действием гетерогенного катализатора состава К₂О/Al₂О₃ при температуре 410-450°С.

К недостаткам данного способа относятся низкий выход целевого продукта (17%), высокая температура (большие энергозатраты), а также труднодоступность N-пропилиденпропениламина (синтез осуществляется реакцией пропионового альдегида с аллил (или пропенил)амином при 410-450°С).

Известен способ (Ф.А.Селимов, А.Ж.Ахметов, У.М.Джемилев. Синтез алкилзамещенных пиридинов жидкофазной конденсацией альдегидов с аминами под действием металлокомплексных катализаторов. Изв. АН СССР, Сер. хим., 1987, №9, 2042) получения 2,3,5-триалкилзамещенных пиридинов в реакции жидкофазной конденсации алифатических альдегидов с мочевиной под действием каталитической системы Со(2-этилгексаноата)₂-Et₃Al. Выход 2,3,5-триалкилпиридинов достигает 80% за время реакции 4 ч, при 200°С, в бензоле, в атмосфере аргона.

К недостаткам данного способа относятся большие энергозатраты (высокая температура, давление), необходимость использования специального оборудования (автоклав), аргона, пожаро-, взрывоопасного Et₃Al, а также необходимость предварительного получения комплекса Со(2-этилгексаноата)₂.

Предлагается новый способ получения 2,3,5-триалкилпиридинов.

Сущность способа заключается во взаимодействии аммиака с алифатическими альдегидами в присутствии катализатора кристаллогидрата трихлорида лантанида LnCl₃·6Н₂О (Ln=Pr, Nd, Tb) при молярном отношении аммиак: альдегид: катализатор, равном 50:150:1. Процесс ведут на воздухе, при атмосферном давлении и комнатной температуре в лиметилсульфоксиде (ДМСО) в течение 24 ч.

Реакция протекает по схеме:

R=C₂H₅, C₃H₇, C₄H₉; Ln=Pr, Nd, Tb

Существенные отличия предлагаемого способа

1. В предлагаемом способе в качестве катализатора используют коммерческий кристаллогидрат трихлорида лантанида LnCl₃·6Н₂О (Ln=Pr, Nd, Tb). Процесс ведут на воздухе при атмосферном давлении и комнатной температуре в ДМСО в течение 24 ч. Выход целевых продуктов достигает 83%. В известных способах в качестве катализатора используют К₂О/Al₂О₃ или менее доступные соединения: комплекс Со(2-этилгексаноата)₂ и Et₃Al. Процесс ведут в интервале 200-420°С.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами.

1. В качестве катализатора используют кристаллогидраты LnCl₃·6Н₂О (Ln=Pr, Nd, Tb), выпускаемые отечественной промышленностью.

2. Способ позволяет за счет снижения температуры взаимодействия, уменьшить содержание побочных продуктов кротоновой конденсации альдегида и тем самым увеличить выход целевого продукта до 83%.

3. Способ позволяет значительно уменьшить температуру (от 200-420 до 20°С), не требует специального оборудования (автоклав), атмосферы аргона и тем самым позволяет существенно упростить синтез и снизить себестоимость целевого продукта.

Способ поясняется следующими примерами

ПРИМЕР 1. В стеклянную колбу объемом 25 мл, установленную на магнитной мешалке, помещают 81 ммоль масляного альдегида, охлаждают до температуры 0°С, добавляют 27 ммоль аммиака и интенсивно перемешивают в течение 1-2 мин, добавляют 0.54 ммоль кристаллогидрата трихлорида NdCl₃·6H₂O и 5 мл ДМСО и продолжают перемешивать в течение 24 ч при 20°С Реакционную массу экстрагируют эфиром (3×50 мл), объединенные экстракты сушат над безводным MgSO₄, растворитель отгоняют и остаток фракционируют в вакууме. Выход 2-пропил-3,5-диэтилпиридина составляет 81% (3.87 г).

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице.

Таблица
Пример	Альдегид	Катализатор	Выход, %	Целевой продукт
1	Масляный C4H8O	NdCl3·6Н2О	81	2-Пропил-3,5-диэтилпиридин
2	Масляный C4H8O	PrCl3·6Н2О	83	2-Пропил-3,5-диэтилпиридин
3	Масляный C4H8O	TbCl3·6Н2О	61	2-Пропил-3,5-диэтилпиридин
4	Валерьяновый C5H10O	PrCl3·6Н2О	77	2-Бутил-3,5-дипропилпиридин
5	Капроновый C6H12O	PrCl3·6Н2О	74	2-Амил-3,5-дибутилпиридин

Все опыты проводили в ДМСО при молярном отношении аммиак: альдегид: катализатор, равном 50:150:1, при 20°С в течение 24 ч.

Полученные соединения имеют следующие физико-химические характеристики:

2-Пропил-3,5-этилпиридин. Т_кип 75-78°С (1 мм рт.ст.).

Найдено, %: С 81.92; N 7.83; Н 10.25. C₁₂H₁₉N.

Вычислено, %: С 81.35; N 7.92; Н 10.73.

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д.): 0.98 м (3Н, СН₃); 1.18 м (6Н, СН₃); 1.32 м (2Н, СН₂); 2.54-2.66 м (4Н, CH₂; 2.72 к (2Н, СН₂); 7.25-8.21 д (2Н, С₅Н₂N).

Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃, δ, м.д.): 14.06 к (С¹³); 14.70 к (С¹¹); 15.19 к (С⁹); 22.79 т (С¹²); 24.89 т (С⁸); 25.47 т (С¹⁰); 36.30 т (С⁷); 135.29 д (С⁴); 136.07 с (С³); 136.36 с (С⁵); 145.83 д (С⁶); 157.04 с (С²).

2-Бутил-3,5-пропилпиридин. Т_кип 80-82°С (1 мм рт.ст.).

Найдено, %: С 81.93; N 6.52; Н 11.55. C₁₅H₂₅N.

Вычислено, %: С 82.19; N 6.39; Н 911.42.

Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃, δ, м.д.): 0.90 м (9Н, СН₃); 1.40 м (2Н, СН₃); 1.53 м (6Н, СН₂); 2.53 м (4Н, СН₂); 2.63 м (2Н, СН₃); 7.17-8.15 д (2Н, C₂H₅N).

Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.): 13.11 к (С¹⁶); 13.60 к (С¹³); 14.25 к (С¹⁰); 22.90 т (С¹⁵); 23.31 т (С¹²); 24.23 т (С⁹); 25.07 т (С¹⁴); 28.63. т (С⁸); 31.46 т (С¹¹); 34.30 т (С⁷); 133.23 д (С⁴); 135.54 с (С³); 136.82 с (С⁵); 141.47 д (С⁶); 158.10 с (С²).

2-Амил-3,5-дибутилпиридин. Т_кип 105-108°С (1 мм рт.ст.).

Найдено, %: С 82.27; N 5.80; Н 11.93. C₁₈H₃₁N.

Вычислено, %: С 82.76; N 5.36; Н 11.88.

Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃, δ, м.д.): 0.92 м (9Н, СН₃); 1.32 м (14Н, CH₂; 2.50 к (4Н, СН₂); 2.70 м (2Н, ОД); 7.10-8.20 д (2Н, C₅H₂N).

Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.): 13.07 к (С¹⁹); 13.07 к (С¹⁵); 14.11 к (С¹¹); 22.26 т (С¹⁸); 22.26 т (С¹⁴); 22.49 т (С¹⁰); 28.40 т (С⁸); 30.44 т (С¹²); 32.64 т (С¹⁷); 32.87 т (С⁹); 33.01 т (С¹³); 33.52 т (С¹⁶); 34.56 т (С⁷); 135.22 д (С⁴); 136.28 с (С³); 136.55 с (С⁵); 145.89 д (С⁶); 159.06 с (С²).

Способ получения 2,3,5-триалкилпиридинов общей формулы

где R - C₂H₅, С₃Н₇, С₄Н₉,

заключающийся во взаимодействии аммиака с алифатическими альдегидами общей формулы RCH₂СНО, где R имеет указанные выше значения, в присутствии катализатора кристаллогидрата трихлорида лантанида LnCl₃·6H₂O (Ln - Pr, Nd, Tb) при молярном отношении аммиак: альдегид: катализатор, равном 50:150:1, атмосферном давлении, комнатной температуре, в ДМСО, в течение 24 ч в атмосфере воздуха.