Изобретение относится к органической химии, конкретно к синтезу пиридин-2(1Н)-она (другие названия соединения - 2-гидроксипиридин, 2-пиридон, далее в тексте - 2-пиридон), который является важным сырьем для химической и фармацевтической промышленности.
2-Пиридон (или 2-гидроксипиридин) представляет интерес как катализатор различных протон-зависимых реакций, например, аминолиз эфиров [Hamama W.S., Waly M., El-Hawary I., Zoorob H.H. Developments in the Chemistry of 2-Pyridone // Synthetic Communications, 2014, 44, 12, pp. 1730-1759], а также как лиганд в координационной химии [Rawson J.M., Winpenny R.E.P. The coordination chemistry of 2-pyridone and its derivatives // Coordination Chemistry Reviews, 1995, 139, pp. 313-374]. Кроме того, 2-пиридон имеет большой синтетический потенциал и является ценным субстратом для синтеза различных лекарственных препаратов, алкалоидов и других биологически активных соединений [Torres M., Gil S., Parra M. New Synthetic Methods to 2-Pyridone Rings // Current Organic Chemistry, 2005, 9, pp. 1757-1779; Yong Shang, Chenggui Wu, Qianwen Gao, Chang Liu, Lisha Li, Xinping Zhang, Hong-Gang Cheng, Shanshan Liu, Qianghui Zhou. Diversity-oriented functionalization of 2-pyridones and uracils // Nature communications, 2021, 12, p. 2988]. Производные 2-пиридона проявляют противораковые, противомикробные, противовоспалительные, анальгетические, антиоксидантные и противовирусные свойства [Amer M.M.K., Aziz M.A., Shehab W.S., Abdellattif M.H., Mouneir S.M. Recent advances in chemistry and pharmacological aspects of 2-pyridone scaffolds // Journal of Saudi Chemical Society, 2021, 25, p. 101259].
2-Пиридон можно получить несколькими способами: диазотированием 2-аминопиридина (А), кислотным гидролизом 2-галогенпиридина (Б), каталитическим окислением пиридинборониевых кислот (В), прямым гидроксилированием пиридина (Г) (схема 1).
Схема 1
Способами А-В 2-пиридон можно получить с высокими выходами. Однако у этих способов есть один существенный недостаток - необходимость предварительного синтеза исходных соединений - 2-амино- и 2-галогенпиридинов, а также пиридин-2-борониевых кислот.
Гидролиз 2-галопиридинов (схема 1, способ А) является распространенным способом для синтеза 2-пиридонов, которые в зависимости от условий гидролиза можно получить с выходами 51-85%.
Так, при микроволновом нагревании (MW) водного раствора 2-бромпиридина в каталитической системе, состоящей из CuI, N,N'-диметилэтилендиамина (DMEDA) и К3РО4 в качестве основания, при 180°С в течение 30 мин 2-пиридон получен с выходом 85% [Mehmood A., Leadbeater N.E. Copper-catalyzed direct preparation of phenols from aryl halides // Catalysis Communications, 2010, 12 (1), рр. 64-66]. Недостаток способа - высокая температура процесса, использование сложного и дорогостоящего оборудования для микроволнового излучения.
2-Пиридон может быть получен при обработке 2-бромпиридина 4-метоксибензиловым спиртом (PMBOH) и Cs2CO3 в присутствии 5 мол.% CuI, 10 мол.% 1,10-фенантролина в толуоле при 110°С, с последующим гидролизом трифторуксусной кислотой промежуточно образовавшегося 4-метоксибензилового эфира, с общим выходом 84%. 2-Хлорпиридин в этих условиях дает меньший выход (51%) [Tao Chuan Zhou, Liu Wei Wei, Sun Ji You. Copper-catalyzed synthesis of phenols from aryl halides and 4-methoxybenzyl alcohol // Chinese Chemical Letters, 2009, 20(10), рр. 1170-1174]. Недостаток способа - высокая температура процесса, использование высококипящего растворителя, дорогостоящих реактивов.
Электрохимически индуцированное гидроксилирование на платиновых электродах 2-иодпиридина в присутствии Et3N и Bu4NPF6 в воде приводит к 2-пиридону с выходом 72%. [Li Yang, Qinglong Zhuang, Mei Wu, Hua Long, Chen Lin, Mei Lin, Fang Ke. Electrochemical-induced hydroxylation of aryl halides in the presence of Et3N in water // Organic and Biomolecular Chemistry, 2021, 19(29), pp. 6417-6421]. Недостаток способа - использование сложного и дорогостоящего оборудования.
Каталитическое гидроксилирование 2-хлорпиридина гидроксидом цезия CsOH в 1,4-диоксане при 100°С в присутствии каталитической системы трис(дибензилиденацетон)дипалладий(0) (Pd2dba3) и 5-(ди-трет-бутилфосфино)-1,3,5-трифенил-1H-[1,4]бипиразола (Bippyphos (L4) приводит к 2-пиридону с выходом 72%. [Lavery Ch.B., Rotta-Loria N.L., McDonald R., Stradiotto M. Pd2dba3/Bippyphos: A Robust Catalyst System for the Hydroxylation of Aryl Halides with Broad Substrate Scope // Advanced Synthesis and Catalysis, 2013, 355(5), pp. 981-987]. Недостаток способа - высокая температура процесса, использование дорогостоящих реактивов.
Диазотированием 2-аминопиридина (схема 1, способ Б) можно получить 2-гидроксипиридин с выходами 78-95% [Xie Lin et al. Study on synthesis of 2-hydroxypyridine // Shandong Huagong, 2014, 43(9), рр. 13-15; Adam R., Jones V.V. Structure of leucenol. II // Journal of the American Chemical Society, 1947, 69, рр. 1803-1805; Caldwell Wm. T. et al. Substituted 2-sulfonamido-5-aminopyridines. II // Journal of the American Chemical Society, 1944, 66, рр. 1479-1484]. Недостаток - трудность выделения чистого 2-пиридона из реакционной массы, а также необходимость получения исходного 2-аминопиридина.
H+ = HCl, H2SO4, HBr
Окислительным гидроксилированием пиридинборониевых кислот (схема 1, способ В) 2-пиридон можно получить с выходом 81% [Liang Wang, Dong-Yan Dai, Qun Chen, and Ming-Yang He. Rapid, Sustainable, and Gram-Scale Synthesis of Phenols Catalyzed by a Biodegradable Deep Eutectic Mixture in Water // Asian Journal of Organic Chemistry, 2013, 2(12), pp. 1040-1043]. Данный способ имеет ряд недостатков - использование дорогостоящих катализаторов, ионных жидкостей, необходимость синтеза исходных пиридинборониевых кислот.
2-Пиридон можно также получить реакциями прямого гидроксилирования или окисления (схема 1, способ Г).
При окислении пиридина гидратами CuSO4 в автоклаве при 300°С в течение 6-8 ч получен 2-пиридон с выходом 95%, [Tomasik P., Woszczyk A. A novel nucleophilic substitution of the pyridine ring // Tetrahedron Letters, 1977, (25), рр. 2193-2194]. Недостаток способа - высокая температура процесса, высокое давление, использование сложного оборудования для проведения процесса - автоклава.
Однако при выдерживании пиридина в запаянной стеклянной ампуле при 300°С в течение 8 ч с [Zn(C5H5N)(OH2)3]SO4, ZnSO4⋅7 H2O или CdSО4⋅8H2О в среде воздуха или кислорода 2-пиридон получен с выходами менее 15% [Gillard R.D., Hall D.P.J. Simple Oxidations of Pyridines: Zinc Sulphates or Natural Sand as Remarkably Specific Catalysts // J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1988, рр. 1163-1164]. Недостаток - низкий выход, высокая температура процесса, повышенное давление, сложное оборудование.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение - получение 2-пиридона (2-гидроксипиридина), заключается в упрощении способа получения, в том числе за счет использования недорогих реагентов, а также простого в аппаратурном оформлении, увеличении выхода целевого соединения.
Поставленная задача решается предлагаемым способом получения 2-пиридона, на первой стадии которого пиридин окисляют персульфатом аммония (ПСА) при 40-60°С в щелочной среде (24% NaOH) при мольном соотношении пиридин:NaOH:ПСА равном 1:4:1,5 в присутствии 0,01-0,3 мас.% фталоцианинового катализатора окисления (фталоцианина кобальта, или железа (II), или железа (III), или марганца, или никеля, или цинка - ФцМе) при перемешивании в течение 10 ч до промежуточного 2-пиридинилсульфата (ПС). Затем реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры, путем экстракции бутанолом выделяют 2-пиридинилсульфат (выход 50-81%), который затем гидролизуют соляной кислотой при 85-95°С и получают 2-пиридон с выходом 45-74%, суммарно в пересчете на исходный пиридин (схема 2, табл.).
Схема 2
Сущность заявленного технического решения подтверждается примерами конкретного выполнения.
Пример 1. Получение 2-пиридона при катализе фталоцианином кобальта (табл., п. 2)
а) в трехгорлой колбе, снабженной обратным холодильником и механической мешалкой, к 20 мл 24%-ного раствора NaOH медленно приливают раствор 4,9 г (0,06 моль) пиридина в 20 мл азеотропного раствора воды и ацетона (1:1), температуру реакции поднимают до 45оС и прикапывают раствор 20,52 г (0,09 моль) персульфата аммония в 30 мл воды. После полного прибавления персульфата аммония вносят 0,01 мас.% катализатора - фталоцианина кобальта. Реакционную смесь перемешивают при температуре 45° в течение 10 ч, охлаждают до комнатной температуры, упаривают при пониженном давлении на 1/3 объема, экстрагируют этилацетатом (2×20 мл) для удаления непрореагировавшего пиридина, бутанолом (3×50 мл). Бутаноловые фракции объединяют, упаривают досуха, остаток промывают горячим этанолом, выдерживают 12 ч при 0°С, выпавший осадок декантируют, фильтрат упаривают, получают 6,33 г (55%) 2-пиридинилсульфата в виде густой массы темно-коричневого цвета;
б) 2,8 г (0,0146 моль) 2-пиридинилсульфата растворяют в 30 мл дистиллированной воды при 90°С при перемешивании, после полного растворения прикапывают 1,43 г 0,82 мл (0,0146 моль) соляной кислоты. Реакционную смесь нагревают 3 ч, контролируя по ТСХ (элюент этанол:аммиак 4:1), охлаждают до комнатной температуры, подщелачивают раствором NaHCO3 до рН 7-8, экстрагируют хлороформом (3×10 мл), органический слой сушат MgSO4, после удаления растворителя получают 1,17 г (95%) 2-пиридона в виде густой массы светло-коричневого цвета. После перекристаллизации из этанола получили 1,11 г (90%) порошка светло-желтого цвета. В пересчете на исходный пиридин выход 2-пиридона составляет 50%.
2-Пиридон (3). Порошок светло-желтого цвета. Тпл=107-110°С. ЯМР 1H (CDCl3, δ, м.д.): 6.16 (1H, dd, С5H), 6.38 (1H, d, С3H), 7.38 (1H, d, С6H), 7.40 (1H, dd, С4H), 11.5 (1H, c, C1-OH). ЯМР 13С (CDCl3, δ, м.д.): 104.8 (С4), 119.77 (С3), 135.19 (С6), 140.81 (С4), 162.32 (С5).
Результаты экспериментов с варьированием количества и вида катализатора приведены в табл., пп 1,3-26. Оптимальные продолжительность окисления, мольное соотношение реагентов и температура установлены в предварительных экспериментах.
Таким образом, предложен простой в аппаратурном оформлении способ получения 2-пиридона (2-гидроксипиридина), позволяющий получить целевое соединение с выходом до 74%, суммарно в пересчете на исходный пиридин.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Способ получения пиридин-2(1Н)-она | 2023 |
|
RU2818919C1 |
Способ получения гидрохинона | 2022 |
|
RU2784427C1 |
Способ получения N,N-диметил-4-бифениламина и его производных | 2022 |
|
RU2794095C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-ОКСО-4-ЦИАНО-1,2-ДИГИДРОПИРИДИН-3-КАРБОКСАМИДОВ | 2011 |
|
RU2475480C1 |
Способ получения пара-ацетиламинофенола | 2022 |
|
RU2800098C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЛОГЕНИДОВ [1,2,4]ДИХАЛКОГЕНАЗОЛО[4,3-α]ПИРИДИНИЯ | 2022 |
|
RU2781276C1 |
Способ получения 6-амино-4-арил-2-тиоксо-1,2-дигидропиридин-3,5-дикарбонитрилов | 2022 |
|
RU2792625C1 |
Способ получения 4-гетарил-3,6-диоксо-2,3,4,5,6,7-гексагидроизотиазоло[5,4-b]пиридин-5-карбонитрилов | 2023 |
|
RU2812610C1 |
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ЗОЛОТА С ПОМОЩЬЮ АЗОТ- И СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ | 1994 |
|
RU2114926C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРАЛКИЛСОДЕРЖАЩИХ ТРИБУТИЛСТАННАНОВ | 2023 |
|
RU2807921C1 |
Изобретение относится к органической химии, конкретно к синтезу пиридин-2(1Н)-она (другие названия соединения - 2-гидроксипиридин, 2-пиридон), который является важным сырьем для химической и фармацевтической промышленности. Способ получения пиридин-2(1Н)-она заключается в окислении пиридина персульфатом аммония в щелочной среде при 40-60°С в присутствии 0,01-0,3 мас.% фталоцианинового катализатора окисления (фталоцианина кобальта, или железа (II), или железа (III), или марганца, или никеля, или цинка), с последующим охлаждением реакционной смеси, выделением промежуточного 2-пиридинилсульфата. При гидролизе последнего в кислой среде при 85-95°С получают пиридин-2(1Н)-она. Технический результат: упрощение способа получения и увеличение выхода целевого продукта. 1 табл., 1 пр.
Способ получения пиридин-2(1Н)-она (2-пиридона, 2-гидроксипиридина) путем окисления пиридина персульфатом аммония (ПСА) при 40-60°С в щелочной среде (24% NaOH) при мольном соотношении пиридин:NaOH:ПСА, равном 1:4:1,5, в присутствии 0,01-0,3 мас.% фталоцианинового катализатора окисления (фталоцианина кобальта, или железа (II), или железа (III), или марганца, или никеля, или цинка) при перемешивании в течение 10 ч, выделения экстракцией бутанолом промежуточного 2-пиридинилсульфата (ПС), гидролиза последнего соляной кислотой при 85-95°С и выделения целевого соединения экстракцией этанолом с выходом 45-78%.
Gillard R.D., Hall D.P.J | |||
Simple Oxidations of Pyridines: Zinc Sulphates or Natural Sand as Remarkably Specific Catalysts // J | |||
Chem | |||
Soc., Chem | |||
Commun., 1988, рр | |||
1163-1164 | |||
Tomasik P., Woszczyk A | |||
A novel nucleophilic substitution of the pyridine ring // Tetrahedron Letters, 1977, (25), рр | |||
Способ эксплуатации топок в мусоросжигательных печах | 1924 |
|
SU2193A1 |
УСТРОЙСТВО для ПРОВЕРКИ и НАСТРОЙКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДВУХ ПЕРЕМЕННЫХ | 0 |
|
SU406208A1 |
Selvarajan, N.; и |
Авторы
Даты
2022-11-24—Публикация
2022-09-12—Подача