СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 4-{4-АМИНО-2-ХЛОРО-5-[(5-ХЛОРО-2-МЕТИЛ-1Н-БЕНЗИМИДАЗОЛ-6-ИЛ)АМИНО]ФЕНОКСИ}БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относится к способу синтеза мономеров для ароматических конденсационных полимеров типа АБ, в частности к получению 4-{4-амино-2-хлоро-5-[(5-хлоро-2-метил-1H-бензимидазол-6-ил)амино]фенокси}бензойной кислоты.

Известными аналогами данного соединения являются 3,4-диаминобензойная кислота и 4-(3,4-диаминофенокси)бензойная кислота. Подобные мономеры используются для получения полибензимидазолов (АБ-ПБИ). Последние, после их допирования минеральными кислотами, применяются в качестве протонпроводящих мембран для топливных элементов (Asensio J.A., Borros S., Gomez-Romero P. // J. Polym. Sci., Polym. Chem. 2002. V.40. №21. P.3703; Kim H-J., Cho S.Y., An S.J., Eun Y.C., Kim J.-Y., Yoon H.- K., Kweon H.- J., Yew K.H. // Macromol. Rapid Commun. 2004. V.25. №8. P.894; Asensio J.A., Borros S., Gomez-Romero P. // J. Electrochem. Soc. 2004. V.151. №2. P.A304 -A310; Uchida H., Yamada Y., Asano N., Watanabe M., Litt M. // Electrochemistry. 2002. V.70. P.943; Yang J., He R., Che Q., Gao X, Shi L. // Polym. Int. 2010, 59, 1695-1700; Лейкин А.Ю., Русанов А.Л., Бегунов P.C., Фоменков А.И. // Высокомолекулярные соединения, 2009, том 51, №7, с.1264-1268; US Patent 5599639. Sansone M.J., Onorato F.J., Ogata N., (1997)). К недостаткам мембран, полученных на основе 3,4-диаминобензойной или 4-(3,4-диаминофенокси)бензойной кислот, относится невысокая протонная проводимость, которая определяется количеством допагента в полимерной матрице. Увеличение протонной проводимости достигается введением дополнительных центров для допирования, каковыми являются бензимидазольные фрагменты, находящиеся в виде боковых подвесок к главной полимерной цепи (Патент РФ 2364439. Лейкин А.Ю., Лихачев Д.Ю., Русанов А.Л. (2009); Патент РФ 2276160. Лейкин А.Ю., Лихачев Д.Ю., Русанов А.Л. (2006)).

Цель изобретения - создание высокоэффективного способа синтеза 4-{4-амино-2-хлоро-5-[(5-хлоро-2-метил-1Я-бензимидазол-6-ил)амино]фенокси}бензойной кислоты, позволяющего минимизировать операционное время процесса и получать целевой продукт с высоким выходом и высокой степени чистоты.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве исходного субстрата используется 4,5-дихлор-2-нитроанилин. В результате отпадает необходимость в проведении дополнительных стадий нитрования и восстановления. Наличие атома хлора в положении 4 приводит к уменьшению времени и температуры реакции ароматического нуклеофильного замещения галогена в положении 5 в 4,5-дихлор-2-нитроанилине. Этому же способствует проведение ацилирования аминогруппы, в результате чего снижается ее дезактивирующее влияние на процесс формирования полиядерной структуры мономера. Применение в качестве растворителя уксусной кислоты и SnCl₂·2H₂O как восстанавливающего агента позволяет проводить одновременно и процесс восстановления нитрогруппы до амино- и осуществлять реакцию восстановительной циклизации с образованием бензимидазольного фрагмента. Причем ацилирование 4,5-дихлор-2-нитроанилина проводят при температуре 90°С в течение 1 ч и мольном соотношении 4,5-дихлор-2-нитроанилин:уксусный ангидрид=1:2.0, нуклеофильное замещение атома хлора проводят в ДМСО в присутствии K₂CO₃ в течение 3 часов при температуре 110°С и мольном соотношении М-ацетил-4,5-дихлор-2-нитроанилин: 4-гидроксибензойная кислота = 2:1, восстановление 4-{5-[(5-ацетамидо-2-хлор-4-нитрофенил)амино]-2-хлоро-4-нитрофенокси}бензойной кислоты проводят SnCl₂·2H₂O при температуре 110°С в течение 1 ч в ледяной уксусной кислоте и мольном соотношении 4-{5-[(5-ацетамидо-2-хлор-4-нитрофенил)амино]-2-хлоро-4-нитрофенокси)бензойная кислота: SnCl₂·2H₂O = 1:6.5. Реализация предложенной схемы получения 4-{4-амино-2-хлоро-5-[(5-хлоро-2-метил-1H-бензимидазол-6-ил)амино]фенокси}бензойной кислоты позволяет получать целевой продукт с суммарным выходом 70.35%.

Строение и чистоту промежуточных соединений и целевых продуктов анализировали методами ЯМР ¹H - и масс-спектрометрии, определением температуры плавления и элементного состава.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. N-ацетил-4,5-дихлор-2-нитроанилин

20.7 г (0.1 моль) 4,5-дихлор-2-нитроанилина и 18.9 мл (0.2 моль) уксусного ангидрида нагревали при 90°С 1 ч. После охлаждения реакционной массы выпавший осадок отфильтровывали и промывали холодным изопропиловым спиртом. Выход 23.4 г (94%), Т_пл 128-131°С.

Найдено, %: С 38.58; Н 2.43; N 11.20; C₈H₆C1₂N₂O₃.

Вычислено, %: С 38.55; Н 2.40; N 11,25.

Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d6, 500 МГц) δ, м.д., (j,Гц): 2.10 (т) (3Н, СН₃, j=7,35), 7.96 (с) (1H, Н⁶), 8.28 (с) (1H, Н³), 10.31 (с) (1H, NH). MS, m/z (I_отн, %): 249 (18) [М]⁺, 203 (27), 177 (7), 160 (8), 133 (6), 97 (14), 88 (9), 62 (11), 43 (100).

Пример 2. 4-{5-[(5-ацетамидо-2-хлор-4-нитрофенил)амино]-2-хлоро-4-нитрофенокси}бензойная кислота

25.9 г (0.1875 моль) K₂CO₃ и 5.2 г (0.0375 моль) 4-гидроксибензойной кислоты в 200 мл ДМСО нагревается при 75°С 0.2 ч. После чего прибавляется 18.7 г (0.05 моль) N-ацетил-4,5-дихлор-2-нитроанилина. Реакционная масса перемешивается 3 ч при 110°С. После охлаждения реакционная смесь выливается в воду. Выпавший осадок отфильтровывается, промывается несколько раз водой, сушится и перекристаллизовывается из смеси ДМФА и изопропилового спирта в соотношении 2:1. Выход 17.0 г (87%). Г пл. 292-306°С.

Найдено, %: С 48.28; Н 2.82; N 10.59; C₂₁H₁₄Cl₂N₄O₈.

Вычислено, %: С 48.37; Н 2.69; N 10.75.

Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆, 500 МГц) δ, м.д., (J, Гц): 2.11 (с) (3Н, СН₃), 7.13 (с) (1Н,H^6'), 7.22 (д) (2Н, Н^3,5, j=8.76 Гц), 7.80 (с) (1Н, Н^6''), 7.97 (д) (2Н, Н^2,6, j=8.74 Гц), 8.25 (с) (1Н, Н^3"), 8.48 (с) (1Н, Н^3'), 9.39 (с) (1Н, NH), 10.26 (с) (1Н, NHCOCH₃), 13.00 (с) (1Н, СООН). MS, m/z (I_отн, %): 521 (79) [М]⁺, 480 (3), 474 (12) [М - NO₂]⁺, 461 (4), 460 (21), 458 (42), 456 (100), 443 (6), 427 (18), 413 (6), 399 (4), 397 (9), 365 (3), 353 (4), 351 (7), 306 (4), 244 (4), 140 (3), 44 (12), 43 (30).

Пример 3. 4-{4-амино-2-хлоро-5-[(5-хлоро-2-метил-1H-бензимидазол-6-ил)амино]фенокси}бензойная кислота

15.6 г (0.030 моль) 4-{5-[(5-ацетамидо-2-хлор-4-нитрофенил)амино]-2-хлоро-4-нитрофенокси}бензойной кислоты и 44.1 г (0.195 моль) SnCl₂-2H₂0 перемешиваются в 200 мл ледяной уксусной кислоты при 110°С 1 ч. Затем 180 мл уксусной кислоты отгоняются, а оставшаяся часть обрабатывается 25%-ным водным аммиаком до рН 7-8. Осадок отфильтровывается и высушивается при 60°С. После чего осадок вносится в 400 мл безводного изопропилового спирта и нагревается до кипения при перемешивании 0.5 ч. Горячий спирт отделяется фильтрованием. После охлаждения спирта выпавший осадок отфильтровывается. Выход 11.4 г (86%), T_пл>300°С.

Найдено, %: С 56.73; Н 3.58; N 12.67; C₂₁H₁₆Cl₂N₄O₃.

Вычислено, %: С 56.88; Н 3.61; N 12.64.

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 2.43 (с) (3Н, СН₃), 6.42 (с) (1Н, Н^6'), 6.67 (с) (1Н, Н^3'), 6.86 (д) (2Н, Н^3,5, j=9.03 Гц), 6.91 (с) (1Н, Н^7"), 6.98 (с) (1H, Н^4"), 7.89 (д) (2Н, Н^2,6, J=8.77 Гц), 8.34 (с) (1Н, NH(Ph)₂), 12.11 (с) (1Н, NH^3''). Сигналы протонов NH₂- и СООН-групп в спектре ЯМР ¹Н отсутствуют ввиду быстрого дейтерообмена. Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 443 (69) [М]⁺, 407 (45), 371 (32), 276 (74), 230 (63), 166 (19), 136 (23), 130 (47), 74 (39),41 (32).