способ получения транс-2-r-3-(5-х-фурил-2)-акрилонитрилов

Формула изобретения

Способ получения транс-2-R-3-(5-Х-фурил-2)-акрилонитрилов общей формулы I



где Х - атом водорода или низший алкил, или фенил, R - атом водорода или низший алкил, взаимодействием фурилакролеинов 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)₂2,5H₂O 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к органической химии, к способу получения гетероциклических соединений, а именно транс-2-R-3-(5-Х-фурил-2)-акрилонитрилов общей формулы (I)



где Х - водород, низший алкил или фенил;

R - водород или низший алкил, которые используются в синтезе биологически активных соединений.

Известно несколько различных способов синтеза фурилакрилонитрилов. Японские ученые с 73% выходом получили смесь цис- и трансформ 1-фенил-2-фурилакрилонитрила посредством конденсации фурфурола с бензилцианидом под действием щелочи (Tazaduro К., Hideo Т. Synthesis of disubstituted propionitriles and their derivatives // Tohoku Yakka - 1964. - 11. -Р.75).

Взаимодействием фурфурола с циануксусной кислотой в присутствии ацетата аммония в среде кипящих толуола и пиридина в течение двух дней с выходом 78% синтезирован фурилакрилонитрил в виде смеси цис- и трансизомеров (В кн.: Синтезы органических препаратов. - М.: Мир. - 1964. - Сб. 12.-С.167).

При изучении поведения фурфурола и его 5-замещенных в реакции Виттига (Saikachi H., Nakamura S. Stereospecification of the Wittig Reaction // Vakugara Zasshi. - 1968. Vol. 88. - 1 - P. 110) с выходом до 75% был разработан способ получения 5-замещенных фурилакрилонитрилов.

Однако все перечисленные способы получения не стереоселективны и в качестве целевых продуктов дают смесь цис- и трансформ фурилакрилонитрилов.

Исследователи из Чехословакии получили серию замещенных транс-(2-фурил)винилцианидов (Pavazanec F., Kovac J. Syntheza a spectralne vlastnosti substituovanych R-(2-Furul)vinylzynidovi // Zb. Prac. Chem., Fakulty Technickey - 1975-1976. -P.147). При использовании данного способа выход фурилакрилонитрила невысок (42%).

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу, позволяющим проводить одностадийный синтез транс-2-R-3-(5-Х-фурил-2)акрилонитрилов, является (авт. св. СССР 1199754. Способ получения транс-2-R-3-(5-Х-фурил-2)-акрилонитрилов / П. А. Павлов, В.Г. Кульневич, Г.Д. Крапивин. - БИ 1985. 47), который заключается в том, что к 1 молю соответствующего фурилакролеина формулы:



где Х-водород, низший алкил или фенил;

R-водород или низший алкил,

прибавляют бензольный раствор, содержащий 1,1 моль азотистоводородной кислоты, вносят 0,2 моль безводного перхлората магния, включают мешалку и при 20-35^oС прикалывают катализатор - перхлорат диоксания, полученный взаимодействием 0,2 моль 1,4-диоксана и 0,15 моль 72% хлорной кислоты. Скорость прикапывания катализатора регулируется током выделяющегося азота, который должен быть не бурным. Его расчетное количество выделяется за 3-4,5 ч. Реакционную смесь обрабатывают водой, отгоняют бензол под пониженным давлением и выделяют продукт перекристаллизацией или вакуумной перегонкой с елочным дефлегматором.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении выхода и упрощении процесса получения транс-2-R-3-(5-Х-фурил-2)-акрилонитрилов.

Для достижения технического результата предлагается в качестве исходного продукта использовать фурановый альдегид общей формулы (II), азотисто-водородную кислоту, в качестве органического растворителя берут хлороформ, катализатором выбирают гидратированный перхлорат магния Mg(ClO₄)₂2,5H₂O, взятых в соотношении 1:1, 1:1, нагревают до температуры кипения азотистоводородной, кислоты, а затем температуру повышают до температуры кипения хлороформа и кипятят до прекращения выделения азота.

Предлагаемый способ получения транс-2-R-3-(5-Х-фурил-2)-акрилонитрилов общей формулы (I) отличается от наиболее близкого тем, что в качестве катализатора используют гидратированный перхлорат магния Mg(ClO₄)₂2,5H₂O, который одновременно связывает выделяющуюся в результате реакции воду, что по сравнению с прототипом позволило исключить необходимость использования труднодоступного безводного перхлората магния, который получают обезвоживанием перхлората магния при 200-300^oС в вакууме, стадии приготовления и использования перхлората 1,4-диоксания. В качестве органического растворителя применяют хлороформ, который индифферентен к азотистоводородной кислоте и негорюч, а следовательно, способ более безопасен. Следующим отличительным признаком является условия нагревания. В предлагаемом способе нагревание ведут в два этапа, т.к. наиболее интенсивное разложение азотистоводородной кислоты наблюдается при температуре ее кипения, а заканчивают реакцию при температуре кипения хлороформа, повышая тем самым выход целевого продукта.

Общая методика получения транс-2-R-3-(5-Х-фурил-2)акрилонитрилов

К 0,1 моль соответствующего фурилакролеина прибавляют хлороформенный раствор, содержащий 0,11 моль азотистоводородной кислоты, вносят 0,1 моль ангидрона, включают мешалку и при температуре 35-40^oС выдерживают 1 ч, затем температурный режим доводят до 60^oС и кипятят в течение двух часов. Реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, обрабатывают водой, отделяют хлороформенный слой, промывают еще раз водой, отгоняют хлороформ под пониженным давлением и выделяют продукт перекристаллизацией или вакуумной перегонкой с елочным дефлегматором.

Пример 1. Транс-3-(2-фурил)акрилонитрил.

Реакцию проводят при 35-60^oС. Выход 7,56 г (84%), Т_пл 95-96^oС (при 11 мм рт. ст., Т_пл 34^oС). Вещество кристаллизуется уже при перегонке или после непродолжительного стояния.

Вычислено, %: С 70, 58; Н 4,20; N 11,76.

C₇H₅NO.

Найдено, %: С 71, 20; Н 4,44; N 11,92.

Пример 2. Транс-3-(5-метилфурил-2)акрилонитрил. Реакцию проводят при 35-60^oС. Выход 12,2 г (92%). Т_кип 96^oС/5 мм рт.ст., (d₄ ²⁰ 1,1898; n₄ ²⁰ 1,6036.

Вычислено, %: С 72,18; Н 5,26; N 10,52.

C₈H₇NO.

Найдено, %: С 72,85; Н 5,48; N 10,70.

Пример 3. Транс-2-метил-3-(2-фурил)акрилонитрил. Реакцию проводят при 35-60^oС. Выход 9,57 г (82%). Т_кип 94^oС/4 мм рт.ст., d₄ ²⁰ 1,1732; n₄ ²⁰ 1,5665.

Вычислено, %: С 72,18; Н 5,26; N 10,52. C₈H₇NO.

Найдено, %: С 72,76; Н 5,64; N 10,73.

Пример 4. Транс-2-метил-3-(5-метилфурил-2)акрилонитрил. Реакцию проводят при 35-60^oС. Выход 12,0 г (82%). Т_кип 111-112^oС/5 мм рт.ст., d₄ ²⁰ 1,1611; n₄ ²⁰ 1,6810.

Вычислено, %: С 73,46; Н 6,12; N 9,52.

C₈H₉NO.

Найдено, %: С 73, 98; Н 6,36; N 9,60.

Пример 5. Транс-3-(5-фенилфурил-2)акрилонитрил. Реакцию проводят при 35-60^oС. Выход 17,34 (91%).

После перекристаллизации из этанола Т_пл 71^oС.

Вычислено, %: С 80,00; Н 4,61; N 7,17.

C₁₃H₉NO.

Найдено, %: С 80, 56; Н 4,80; N 7,23.

Пример 6. Транс-2-метил-3-(5-фенилфурил-2)акрилонитрил. Реакцию проводят при 35-60^oС. Выход 19,22 г (92%).

После перекристаллизации из этанола Т_пл 138^oС.

Вычислено, %: С 80,38; Н 5,26; N 6,69.

C₁₄H₁₁NO.

Найдено, %: С 81,00; Н 5,38; N 6,71.

Спектральные характеристики, подтверждающие структуру полученных соединений, приведены в табл. 1.

По каждому из приведенных примеров были отобраны условия проведения реакции, которые помещены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что оптимальные соотношение исходного альдегида, азотистоводородной кислоты и катализатора 1:1,1:1. Оптимальным температурным режимом является нагревание при температуре в начале 35-45^oС, а затем повышение ее до 60^oС. На примерах 1,5,9 видно, что, подогревая один раз до 35-45^oС, чтобы увеличить выход целевого продукта, нужно греть 6-8 ч. Этот результат достигается, подогревая в 2 этапа, увеличивая температуру до температуры кипения хлороформа. Примеры 3, 4, 7, 8, 11, 14, 17, 20.