РОЛЬ КАТАЛИЗА КИСЛОТАМИ ЛЬЮИСА В РЕАКЦИИ

Успехи в химии и химической технологии. Том XXVI. 2012. №5 (134)
УДК 547.757’562.4
М.К. Клычников, А.Г. Корниенко, В.С. Вележева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия
РОЛЬ КАТАЛИЗА
НЕНИЦЕСКУ.
КИСЛОТАМИ
ЛЬЮИСА
В
РЕАКЦИИ
Изучена роль катализа кислотами Льюиса в реакции Неницеску. Установлено, что
эффективными катализаторами этой реакции являются кислоты Льюиса, лишенные
окислительной активности (ZnCI2, ZnI2, InCl3), и обладающие умеренными азафильными и
оксофильными свойствами. Жесткие оксофильные и мягкие азафильные «окисляющие»
кислоты Льюиса непригодны для катализа этой реакции.
The role of the Lewis acid catalysis in the Nenitzescu reaction was investigated. The
optimal catalyst proved to be Lewis acids without oxidative activity (ZnCI2, ZnI2, InCl3),
possessing moderate azaphilicity and oxophilicity. Hard oxophilic and soft azaphilic Lewis acids
with oxidative properties are unsuitable catalysts for Nenitzescu reaction.
5-Гидроксииндолы проявляют широкий спектр биологической
активности и являются структурной основой многих веществ природного
происхождения, а также лекарственных препаратов [1]. Реакция Неницеску простейший
синтетический
путь
получения
производных
5гидроксииндолов из β-енаминкарбонильных соединений и хинонов. В
классических условиях (нагревание хинона и енаминкарбонильного
соединения в полярном растворителе без катализатор) индолы образуются с
низким или умеренным выходом. Первоначальные попытки повысить
эффективность реакции с помощью катализа кислотами Льюиса не
увенчались успехом (ZnCl2) [2], или остались невостребованными
(BF3*Et2O) [3]. В нашей лаборатории была разработана эффективная
каталитическая модификация реакции Неницеску, основанная на
использовании кислот Льюиса ZnCl2 и ZnI2 с умеренной азафильностью в
среде малополярных растворителей. Применение оксофильных кислот
Льюиса (AlCl3, BF3*Et2O) дает более низкие выходы [4]. Недавно Menendez
J.C. с соавторами предложили использовать для получения 5гидроксиндолов и 5-гидроксибензо[g]индолов чрезвычайно оксофильную
кислоту Льюиса CAN в среде полярного растворителя спирта, однако
область применения данной модификации, в основном, ограничивается
индолами с N-алкильными заместителями и СООR группой в положении 3
[5]. В настоящей работе мы решили выяснить, какие из известных
оксофильных и азафильных кислот Льюиса следует применять в качестве
катализаторов в реакции Неницеску.
Для ответа на этот вопрос мы выбрали ряд жестких и мягких кислот
Льюиса, отличающихся своими азафильными и оксофильными свойствами,
а также кислоту Бренстеда – ПТСК. В качестве модельной реакции для
изучения влияния природы катализатора мы выбрали взаимодействие
бензиламинокротонового эфира с бензохиноном в среде СН2СI2 (Рис. 1,
Таблица 1). Без катализатора, а также в присутствии ПТСК реакция идет с
79
Успехи в химии и химической технологии. Том XXVI. 2012. №5 (134)
низким выходом. Применение сильных оксофильных катализаторов - AlCI3,
BF3*Et2O, а также CANв СН2СI2 не дает существенных преимуществ по
сравнению с некаталитическим вариантом (Табл.1, № 7-9 ).
Рис. 1. Получение этил 1-бензил-5-гидрокси-2-метил-индол-3 карбоксилата по реакции
Неницеску в присутствии катализаторов.
Табл. 1. Влияние природы катализатора на выход индола 1
№
Катализатор
t (ч.)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Без катализа
PTSA
ZnCl2
ZnI2
Zn(OAc)2
InCl3
AlCl3
CAN
BF3*Et2O
Cu(OTf)2
CuI
CuCl
1
5
1
0,67
1
2
1
2
2
2
5
5
Выход
индола 1,
%
21
10
85
83
32
70
60
32
10
25
17
32
В последнем случае помимо индола 1 образуется большое количество
побочных продуктов, типичных для реакции, протекающей по редоксному
механизму. Аналогичные результаты отмечены при использовании мягких
азафильных катализаторов – Cu(OTf)2, CuI, CuCl. Наилучшие результаты,
помимо катализа солями цинка (ZnCl2, ZnI2), дает применение InCl3,
который относится к числу умеренно оксофильных кислот Льюиса [6].
Снижение выхода при переходе от ZnCl2 к Zn(OAc)2 обусловлено
увеличением вклада редоксного процесса. Эта тенденция объясняется более
основными, чем у Cl-, свойствами СН3СОО-, который способен отщеплять
протон из аддукта 2 с образованием легко окисляемого исходным хиноном
гидрохинонового аддукта, (Рис. 2.) и, тем самым, инициировать редоксный
процесс. Как известно, хорошим окислителем гидрохинонов, и, очевидно,
гидрохинонового аддукта, является CAN.
80
Успехи в химии и химической технологии. Том XXVI. 2012. №5 (134)
a) Неокислительный механизм
b) Окислительный механизм
Рис.2. Влияние катализатора и основания на ход реакции Неницеску.
Таким образом, окислительная способность как оксофильного CAN, так
и азафильных солей меди препятствует их использованию в качестве
катализаторов в реакции Неницеску. Эффективными катализаторами этой
реакции являются кислоты Льюиса, лишенные окислительной активности
(ZnCI2, ZnI2, InCl3), и обладающие умеренными азафильными и
оксофильными свойствами.
Библиографический список:
1. Gribble, G.W. Heterocyclic scaffolds. Reactions and Applications of indols/ G.W. Gribble, U.W.Maes. – Springer, - 2010, - 488 PP
2. Гринев, А.Н. Синтез производных 5-оксииндола/ А.Н. Гринев,
В.Н.Ермакова, А.П. Трентьев.- Журн. Общ. Химии.- 1959. - 2777 PP
3. Domschke, G. Über substituierte 5-Hydroxy-indole. Über die Einwirkung
von Enaminen auf Chinone. N-substituierte 5-Hydroxy-2,3-dimethoxycarbonylindole und Folgeprodukte/G.Domschke.-J. Prakt.Chem.-1969.-807 PP
4. Velezheva, V. S. Lewis Acid Catalyzed Nenitzescu Indole Synthesis/ V.S.
Velezheva, A.G. Kornienko , S.V. Topilin, A. S.Peregudov, P.J. Brennan.-J.
Heterocycl. Chem. -2006.-101-107 PP.
5. Padmakar, A. Suryavanshi Expedient, one-pot preparation of fused via
CAN-catalyzed three-component domino sequences/ A. Padmakar, V. Sridharan,
J. C. Menendez.-Org. Biomol. Cheme.- 2010.- 8. 3426-3436 PP
6. Kobayashi, S. A novel classification of Lewis acids on the Basis of Activity and selectivity/ S.Kobayashi, T. Busujima, S. Nagayama, - Chem. Eur. J.2000.-3491 PP
81