Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения 7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способам получения функционально замещенных конденсированных гетероциклических молекул, содержащих иминолактонный фрагмент и три цианогруппы - 7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1), которые могут быть использованы в тонком органическом синтезе, а также в качестве биологически активных соединений.

где R=СН₃ (1a); R=С₂Н₅ (1б); R=С₃Н₇ (1в); R=С₄Н₉ (1г).

Известен способ получения структурного аналога соединений (1), а именно 4-ацетил-7-имино-2,2,5-триметил-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрила (2), заключающийся во взаимодействии в бензоле тетрацианоэтилена с енолизированным аддуктом конденсации изомасляного альдегида и ацетилацетона (С.П. Зильберг, О.Е. Насакин, П.М. Лукин, В.Л. Турханов, О.А. Дьяченко // Журнал органической химии. - 1988. - Т. 24. - Вып. 5. - С. 1014-1023).

В литературе описан единственный способ получения 2,4-диалкил-7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1), а именно (1а), где R=СН₃; (1б), где R=C₂H₅; (1в), где R=С₃Н₇, который является наиболее близким к заявленному решению и заключается в длительном выдерживании смеси тетрацианоэтилена, двукратного мольного избытка α,β-непредельного альдегида и нескольких капель концентрированной хлороводородной кислоты в 1,4-диоксане с последующим разбавлением реакционной массы водой и фильтрованием продукта. Выходы 50-72% (О.V. Ershov, А.V. Eremkin, Ya.S. Kajukov, О.E. Nasakin, V.A. Tafeenko, E.V. Nurieva // Tetrahedron Letters. - 2007. - Vol. 48. - №15. - P. 2803-2806).

Недостатками данного способа являются использование токсичного растворителя 1,4-диоксана (третий класс опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76), большой расход α,β-непредельных альдегидов, длительность осуществления синтеза, а также умеренные выходы получаемых продуктов.

Задачей данного изобретения является разработка усовершенствованного способа получения функционально замещенных конденсированных гетероциклических молекул, содержащих иминолактонный фрагмент и три цианогруппы - 7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1).

Техническим результатом является усовершенствование способа получения 7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1), значительное сокращение времени осуществления синтеза, повышение выходов получаемых продуктов и экологичности используемой процедуры.

Технический результат достигается тем, что получение 7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1)

заключается в нагревании раствора тетрацианоэтилена и соответствующего α,β-непредельного альдегида в эквимолярных количествах в этилацетате при 50-55°С в присутствии каталитического количества бромисто-водородной кислоты. По окончании реакции растворитель упаривают, остаток растирают в охлажденном пропан-2-оле, образующийся осадок отфильтровывают.

Способ осуществляется по следующей схеме реакции:

где R=СН₃ (1a); R=С₂Н₅ (1б); R=С₃Н₇ (1в); R=С₄Н₉ (1г).

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известным показывает, что предлагаемый способ является более эффективным, так как позволяет получать необходимые соединения (1) с более высокими выходами за меньший промежуток времени, что обусловлено применением более эффективного катализатора - –бромисто-водородной кислоты, а также более экологичным, так как не предусматривает использования токсичных растворителей. Метод характеризуется простотой исполнения и отсутствием специального оборудования. Ряд синтезированных соединений (1а-г) с различными заместителями демонстрирует универсальность заявляемого решения.

Используемые реагенты и растворители, а именно тетрацианоэтилен, бромисто-водородная кислота, этилацетат и пропан-2-ол, являются коммерчески доступными. α,β-Непредельные альдегиды могут быть легко получены с высокими выходами на основе реакции альдольно-кротоновой конденсации (В.А. Смит, А.Д. Дильман // Основы современного органического синтеза. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009. - С. 203-232).

Строение полученных соединений подтверждается данными ИК- и ЯМР ¹Н-спектроскопии, масс-спектрометрии.

Сущность изобретения заключается в описанном способе получения 7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1):

0,001 моль (0,128 г) тетрацианоэтилена смешивают с 0,001 моль соответствующего α,β-непредельного альдегида в 2 мл этил ацетата, добавляют 2 капли концентрированной бромисто-водородной кислоты. Реакционную массу нагревают при 50-55°С на водяной бане при постоянном перемешивании. Полноту протекания реакции проверяют по отсутствию синего окрашивания гидрохинона (π-комплекс с тетрацианоэтиленом) под действием пробы реакционной массы. После завершения взаимодействия и охлаждения реакционной массы растворитель упаривают, смолообразный остаток растирают в охлажденном пропан-2-оле, образующийся осадок отфильтровывают, промывая на фильтре охлажденным пропан-2-олом.

Пример 1. Способ получения 7-имино-2,4-диметил-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрила (1а). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве α,β-непредельного альдегида 2-метилпент-2-еналя. Выход: 85%. Т_пл=99-100°С. ИК-спектр, ν, см^-1: 3305 (N-H); 2265 (C≡N); 1690 (C=N). Спектр ЯМР ¹Н (DMSO-d6), δ, м.д. (J, Гц): 1.25 (3Н, д, J=6.8, СН₃СН), 1.85 (3Н, с, СН₃), 3.36 (1H, м, СН), 5.62 (1H, с, ОСН), 5.78 (1Н, с, =СН), 9.64 (1H, с, =NH). Масс-спектр EI, m/z (I_отн, %): 226 (2.3).

Пример 2. Способ получения 7-имино-2,4-диэтил-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрила (1б). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве α,β-непредельного альдегида 2-этилгекс-2-еналя. Выход: 91%. Т_пл=124-125°С. ИК-спектр, ν, см^-1: 3275 (N-H); 2263 (C≡N); 1691 (С=O). Спектр ЯМР ¹H (DMSO-d6), δ, м.д. (J, Гц): 1.01 (3Н, т, J=7.9, СН₃СН₂), 1.12 (3Н, т, J=7.3, СН₃СН₂), 1.42 (1Н, м, СН₂), 1.77 (1Н, м, CH₂), 2.18 (2Н, к, J=7.3, СН₃СН₂), 3.13 (1Н, м, СН), 5.68 (1Н, с, ОСН), 5.90 (1Н, с, =СН), 9.71 (1Н, с, =NH). Масс-спектр EI, m/z (I_отн, %): 254 (2.7).

Пример 3. Способ получения 7-имино-2,4-дипропил-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрила (1в). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве α,β-непредельного альдегида 2-пропилгепт-2-еналя. Выход: 89%. Т_пл=106-107°С. ИК-спектр, ν, см^-1: 3290 (N-H); 2267 (С≡N); 1659 (С=O). Спектр ЯМР ¹H (DMSO-d6), δ, м.д. (J, Гц): 0.86 (3Н, т, J=7.3, СН₃СН₂), 0.93 (3Н, т, J=7.3, СН₃СН₂), 1.33-1.77 (6Н, м, 3СН2), 2.12 (2Н, т, J=7.3, СН₂), 3.17 (1Н, дд, J=5.9, 2.4, СН), 5.67 (1Н, с, ОСН), 5.90 (1Н, с, =СН), 9.72 (1Н, с, =NH). Масс-спектр EI, m/z (I_отн, %): 282 (2.7).

Пример 4. Способ получения 7-имино-2,4-дибутил-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрила (1г). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве α,β-непредельного альдегида 2-бутилокт-2-еналя. Выход: 83%. Т_пл=79-80°С. ИК-спектр, ν, см^-1: 3276 (N-H); 2256 (C≡N); 1714 (C=N). Спектр ЯМР ¹Н (DMSO-d6), δ, м.д. (J, Гц): 0.86-0.92 (6Н, м, 2СН₃); 1.21-1.60 (9Н, м, 5СН₂); 1.67-1.75 (1Н, м, СН₂); 2.14 (2Н, т, J=7.4, СН₂С=С); 3.11-3.16 (1H, м, СН); 5.67 (1H, с, СНО); 5.89 (1Н, с, С=СН); 9.67 (1Н, с, NH). Масс-спектр EI, m/z (I_отн, %): 310 [М]⁺ (1.5), 41 (100).

Таким образом, предлагаемый усовершенствованный способ позволяет получить функционально замещенные конденсированные гетероциклические молекулы, содержащие иминолактонный фрагмент и три цианогруппы - 7-имино-6-оксабицикло[3.2.1]окт-3-ен-1,8,8-трикарбонитрилов общей формулы (1), которые могут быть использованы в тонком органическом синтезе, а также в качестве биологически активных соединений.