Reakcje cykloalkilowania fenyloacetonitrylu
Ze względu na zastosowanie w syntezie substancji czynnych leków kwasów karboksylowych zawierających pierścienie karbo- i heterocykliczne, w literaturze opisano liczne przykłady reakcji alkilowania fenyloacetonitrylu 1,ω-dihaloalkanami, których produktami były związki cykliczne gem-podstawione grupami cyjanową i fenylową.2-9 W większości tych prac powielano przepis z 1932 roku, według którego reakcję prowadzono w obecności NaNH2. W przypadku otrzymywania 1-cyjano-1-fenylocyklobutanu stosowano inną zasadę i rozpuszczalnik8,9, a mianowicie NaH w dimetylosulfotlenku (DMSO).11 Reakcje te prowadzono także w warunkach PTC12-16 i badania te trwają do dnia dzisiejszego.
Reakcje cykloalkilowania fenyloacetonitrylu 1,2-dichloro- i 1,2-dibromoetanem
Jednymi z pierwszych, którzy opisali otrzymywanie 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu z fenyloacetonitrylu (FAN) i 1-bromo-2-chloroetanu (BCE) oraz 1,2-dibromoetanu byli Knowles i Cloke.10 Proces prowadzony był w obecności NaNH2, w aparaturze odizolowanej od wilgoci z powietrza. Do kolby, w której uprzednio umieszczono sproszkowany NaNH2 i bezwodny Et2O , podczas mieszania wkraplano fenyloacetonitryl. Obserwowano wydzielanie ciepła. Po wkropleniu C-H kwasu mieszanina była ogrzewana przez 4 godz. (w tym czasie powstawała sól sodowa C-H kwasu). Mieszaninę reakcyjną po schłodzeniu przeniesiono do wkraplacza i wkroplono do roztworu 1,2-dihaloetanu w Et2O w temp. -15°C. Po wkropleniu mieszanie kontynuowano 7 godz. Produkt wyizolowano z wydajnością 40-44%.
Knowles i Cloke podali również przebieg tej reakcji:
Reakcję tę zmodyfikował Newman i Kaugars.17 Do zawiesiny NaNH2 w Et2O dodano fenyloacetonitryl rozpuszczony w tym rozpuszczalniku. Mieszaninę ogrzewano przez 5 godz., a następnie schłodzono do -40°C, dodano 1,2-dibromoetan i pozwolono by temp. wzrosła do -20°C. W tej temperaturze prowadzono reakcje schładzając w razie konieczności naczynie reakcyjne, gdy zauważono zbyt szybkie wydzielanie się amoniaku. Następnie ogrzewano mieszaninę do wrzenia przez 1 godz. Wydajność procesu wynosiła 71%.
Mąkosza i Serafinowa12 przeprowadzili reakcję 1,2-dibromo- i 1,2-dichloroetanu z fenyloacetonitrylem w celu otrzymania 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu. Synteza prowadzona była w obecności 50% aq. roztworu NaOH, chlorku benzylotrietyloamonowego (TEBA) w benzenie. Substraty organiczne użyte zostały w ilości równomolowej. Niestety w obu przypadkach nie wykryto produktu cykloalkilowania, a jedynie produkty eliminacji chlorowodoru bądź bromowodoru, odpowiednie halogenki winylu.
Eliminacja halogenowodoru z cząsteczki dwuhalogenku następowała w wyniku reakcji z anionem nitrylu. Fenyloacetonitryl odgrywa tu rolę drugiego katalizatora. Reakcję tę można rozpatrywać jako przykład sprzężonej katalizy.
Stosując 2-krotny molowy nadmiar fenyloacetonitrylu względem 1,2-dibromoetanu oraz roztwór KNH2 w ciekłym amoniaku otrzymano produkt alkilowania oraz nie przereagowany fenyloacetonitryl. Wydajność związku obliczona względem 1,2-dibromoetanu wynosiła 91%.18
W kolejnej pracy opisano syntezę w dwóch etapach. W celu otrzymania soli dilitowej fenyloacetonitrylu zastosowano n-butylolit. Pierwszy etap prowadzono w temperaturze pokojowej. Do roztworu n-butylolitu w heksanie dodano w ciągu 5 min. fenyloacetonitryl. Mieszanina rozgrzewała się spontanicznie i w ciągu 1 godz. powstała sól dilitowa. Następnie dodano 1,2-dichloroetan w temperaturze 25°C w ciągu 40 min. i reakcję prowadzono przez 16 godz. uzyskując produkt z wydajnością 65%.19
W roku 1980 opublikowano pracę, w której opisano syntezę 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu w zmodyfikowanych warunkach katalizy międzyfazowej. Zastosowano 30% aq. roztwór NaOH, TEBA w ilości równomolowej w stosunku do nitrylu oraz 2-krotny molowy nadmiar 1,2-dibromoetanu (reakcje prowadzono bez rozpuszczalnika). Do mieszanego roztworu zasady wkraplano fenyloacetonitryl oraz 1,2-dibromoetan. Reakcję prowadzono w temp. 75-80°C przez 1 godz. i otrzymano produkt z wydajnością 87%.13
W celu otrzymania pochodnej cyklopropanu opisano wykorzystanie nowego układu zasada-rozpuszczalnik: stałego K2CO3 oraz DMSO. Fenyloacetonitryl, 1,2-dibromoetan i K2CO3 użyto w stosunku molowym: 1:2:4. Uzyskano pochodną cyklopropanu z wydajnością 33%.20
Przeprowadzono elektrolityczną reakcję alkilowania fenyloacetonitrylu. Katodę stanowiła folia platynowa, a anodę pręt grafitowy. Elektrolit jonowy zawierał jako katalizator roztwór bromku tetrabutyloamonowego (TBAB) w 1,2-dichloroetanie, anolit cykloheksen, który spełniał rolę akceptora wydzielającego się chloru, a katolit fenyloacetonitryl. Natężenie prądu wynosiło I=80 mA, a ładunek Q=2 F/mol. Produktu otrzymany został z wydajnością 16%.21
W oparciu o wcześniejszą literaturę13 Fedoryński i Jończyk14 przeprowadzili syntezę 1-cjano-1-fenylocyklopropanu w warunkach PTC. Do mieszanego roztworu zawierającego fenyloacetonitryl, 1-bromo-2-chloroetan oraz TEBA (użyty w ilości katalitycznej) dodawano 50% aq. roztwór NaOH. Stosunek molowy FAN: BCE: NaOH wynosił 1: 1.5: 6. Podczas wkraplania zasady temperatura mieszaniny samorzutnie wzrosła do 50°C. Po dodaniu całej ilości NaOH proces prowadzono dalej w temp. 50°C przez 5 godz.. Otrzymano produkt cykloalkilowania z wydajnością 62%.
Reakcje cykloalkilowania fenyloacetonitrylu 1,3-dichloro- i 1,3-dibromopropanem
Innowacyjną metodę otrzymywania 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu, choć z mało zadawalającymi wynikami opisali Mąkosza i Serafinowa.12 Synteza prowadzona była w obecności 50% aq. roztworu NaOH, katalizatora przeniesienia międzyfazowego TEBA w benzenie. Substraty organiczne użyte zostały w ilości równomolowej. Wydajność produktu wynosiła odpowiednio 8% i 26%. W przypadku reakcji z 1,3-dibromopropanem poza pochodną cyklobutanu powstawał produkt monoalkilowania 4-chloro-1-cyjano-1-fenylobutan.
Pochodną cyklobutanu otrzymano również poprzez gem-dilitofenyloacetonitryl. W wyniku reakcji 1,3-dichloropropanu z tą solą prowadzonej w temp. pokojowej przez 22 godz. otrzymano związek z wydajnością 41%.19
Zastosowanie układu NaH-DMSO do alkilowania nitryli zaproponował Bloomfield.22 W tym układzie Butler i Pollatz11 przeprowadzili reakcję fenyloacetonitrylu z 1,3-dibromopropanem. Roztwór fenyloacetonitrylu i 1,3-dibromopropanu w bezwodnym Et2O wkraplano w temp. 25-35°C do zawiesiny NaH w oleju mineralnym oraz DMSO (w razie konieczności naczynie reakcyjne chłodzono wodą z lodem). Reakcję prowadzono w atmosferze azotu. Pochodną cyklobutanu otrzymano z wydajnością 58%.
Próbowano otrzymać 1-cyjano-1-fenylocyklobutan w elektrolitycznym procesie według wcześniejszej pracy.21 Tak jak poprzednio zastosowano jako katodę folię platynową oraz pręt grafitowy - jako anodę. Roztwór elektrolitu zawierał TBAB, 1,3-dibromopropan fenyloacetonitryl oraz acetonitryl jako rozpuszczalnik. Natężenie prądu wynosiło I=80 mA, a ładunek Q=2,2 F/mol. Niestety wydajność tego procesu wynosiła jedynie 5%.23
W zmodyfikowanym układzie dwufazowym zawierającym 60% aq. roztwór KOH (zamiast 50% aq. roztworu), katalizator TBAB zamiast TEBA i benzen uzyskano produkt cyklizacji z wydajnością 51%.15 W reakcji tej powstaje także produkt diallilowania. Związek ten powstaje przez alkilowanie fenyloacetonitrylu bromkiem allilu utworzonym przez eliminację bromowodoru z 1,3-dibrompropanu.
W nieco zmodyfikowanych warunkach katalizy międzyfazowej, w obecności 75% aq. roztworu KOH otrzymano produkt z wydajnością 61%. W reakcji tej powstaje także w niewielkiej ilości produkt monoallilowania fenyloacetonitrylu.16
komentarze
Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.