Домино-синтез аннелированных производных бензимидазола

Домино-синтез аннелированных производных бензимидазола

Соколов А.А., Бегунов Р.С., Вотина А.С.

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова, Ярославль, Россия

morose@mail.ru

 

Разработана методика синтеза трициклических ароматических азагетероциклов, содержащих бензимидазольный фрагмент, на основе домино-превращений четвертичных солей пиридиния. В ходе данных процессов происходит инициируемое электрическим током восстановление нитрогруппы субстратов, приводящее к внутримолекулярной циклизации с формированием имидазольного цикла. Для увеличения скорости электросинтеза были использованы медиаторы-переносчики на основе солей металлов с переменной степенью окисления.

Ключевые слова: домино-синтез, пиридо[1,2-a]бензимидазолы, непрямой электросинтез, медиаторы-переносчики.

Приоритетной целью современной химии является разработка и применение экологически безопасных и ресурсосберегающих технологий. Один из подходов к решению данной задачи в органическом синтезе заключается в использовании домино-превращений. Это процессы, в котором две или более реакции с образованием связей протекают в идентичных условиях, и в которых последующие превращения реализуются за счет функциональности, сформированной в результате предыдущей реакции [1-2]. Полезность домино-реакций связана с резким увеличением сложности в конечном продукте по сравнению с исходным материалом. Это также является большим преимуществом концепции домино с точки зрения охраны окружающей среды, поскольку позволяет сократить количество отходов и необходимых химических веществ по сравнению с обычными процедурами. Реакции домино обычно имеют хорошие селективность и выходы.

В данной работе была предложена методика электрохимического синтеза ценных трициклических производных бензимидазола – замещенных пиридо[1,2-a]бензимидазолов, основанная на восстановлении солей N-(2-нитроарил)пиридиния. В ходе домино-процесса при присоединении к субстрату электронов происходила трансформация NO2-группы в NHOH-группу, с участием последней во внутримолекулярной гетероциклизации. Процесс проводили в цилиндрическом диафрагменном электролизере, каталотим и аналитом служила смесь изопропилового спирта и 6% соляной кислоты, катодом – никелевая пластина, анадом – платиновая проволока. После пропускания через раствор субстрата 4 Ф/моль эл. тока целевые продукты были выделены с выходами 43-98% и высокой степенью чистоты, однако, для проведения реакции требовалось большое количество времени (более 1.8 часов для превращения 1 грамма субстрата) [3]. Увеличение силы тока закономерно сокращало продолжительность синтеза, но, также уменьшало выход продуктов вследствие протекания побочных процессов. Поэтому для снижения времени реакции был использован непрямой электролиз солей N-(2-нитроарил)пиридиния. При непрямом электролизе химический реагент, называемый медиатором (M), добавляется в количествах ниже стехиометрических. Медиатор окисляет или восстанавливает субстрат, а затем регенерируется на электроде [4]. Из-за более специфического взаимодействия между химическим реагентом и субстратом химическое окисление или восстановление является более селективным и быстрым. Это также делает их экономически выгодными за счет сокращения времени производства.

В качестве медиаторов переносчиков были испытаны различные хлориды и сульфаты металлов с переменной валентностью: Fe, Sn, V, Zn, Ti. Было установлено, что наибольшие выходы наблюдались при добавлении в католит к субстрату хлорида олова (II). Были также изучены другие факторы, влияющие на процесс непрямого электросинтеза: количество медиатора, состав католита, материал катода, температура процесса. Подобранные условия (см. рисунок), были использованы для однореакторного получения широкого ряда трициклических азагетероциклов с выходом 65-97%.

, где R1,R2=H или Me, R3 – различные электроноакцепторные группы или галогены

Рис. Непрямой электросинтез замещенных пиридо[1,2-a]бензимидазолов

Применение медиатора позволило сократить время реакции в 8 раз – с 1.8 часа до 0.22 часа при сохранении высокой чистоты веществ, легко выделяемых из реакционной массы экстракцией и не требующих дополнительной стадии очистки. Используемый переносчик можно регенерировать путем пропускания через его раствор электрического тока.

Синтезированные продукты представляют ценность для получения на их основе флуоресцентных красителей, а также биологически активных веществ.

Список цитируемой литературы

  1. Barrera-Adame D.A., Álvarez-Caballero J. M., Coy-Barrera E. D. Tandem reactions in organic synthesis: the artistic approach in modern organic chemistry // Revista Facultad de Ciencias Básicas. 2012. V. 8. P. 292-309.
  2. Pellissier H. Stereocontrolled Domino Reactions // Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 442-524.
  3. Соколов А.А., Сыроешкин М.А., Солкан В.Н., Шебунина Т.В., Бегунов Р.С., Михальченко Л.В., Леонова М.Ю., Гультяй В.П. Эффективный электрохимический способ синтеза пиридо[1,2-а]бензимидазолов // Изв. АН. Сер. хим. 2014. №2. С. 372-380.
  4. Shäfer H.J. Contributions of organic electrosynthesis to green chemistry // Comptes Rendus Chimie. 2011. V. 14. P. 745-765.

DOMINO SYNTHESIS OF ANNELATED BENZIMIDAZOLE DERIVATIVES

Sokolov A.A., Begunov R.S., Votina A.S.

P.G. Demidov Yaroslavl State University, Yaroslavl, Russia

morose@mail.ru

 

A method for the synthesis of tricyclic aromatic azaheterocycles, containing a benzimidazole fragment, based on domino transformations of quaternary pyridinium salts has been developed. In the course of these processes, the reduction of the nitro group of the substrates, initiated by an electric current, occurs, leading to intramolecular cyclization with the formation of the imidazole ring. To increase the rate of electrosynthesis, redox mediators based on metal salts with a variable oxidation state were used.

Key words: domino-synthesis, pyrido[1,2-a]benzimidazole, indirect electrosynthesis, redox mediators.

Back to Top