Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ В ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ

Чабакова А.К. 1 Щепетова Е.В. 1 Абдурахманова Н.М. 1
1 ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет»
В обзорной статье дан анализ основных направлений применения ионных жидкостей в современном органическом синтезе в качестве экологически безопасных растворителей и эффективных каталитических сред. Описан синтез новых ионных жидкостей, обладающих хорошей экологичностью, вязкостью, способностью к регенерации и неоднократному использованию без предварительной очистки. Реакции с этими ионными жидкостями отличаются мягкими условиями, короткой продолжительностью процесса, легкостью выделения продукта и их хорошими выходами. Преимуществом ионных жидкостей над традиционными растворителями является их нелетучесть, малая токсичность, негорючесть, термическая и химическая стойкость. Они в широком интервале температур остаются в жидком состоянии, являются отличными растворителями многих химических соединений, в том числе комплексных и полимерных материалов. В статье описаны синтезы диамантана в присутствии ионной жидкости [Et3NH]+ [Al2Cl7]–, 2-арил-2,3-дигидрохинолин-4(1Н)–онов с использованием бромида 1-октил-4-аза-1-азобицикло[2.2.2]октана ([C8dabco]Br), 2H-пиридазино[1,2-a]индазол-1,6,9(11H)–триона и 2H-индазоло[2,1-b]фталазин-1,6,11-триона с применением N, N-диэтил- N-сульфоэтанаммонийхлорида ([Et3N-SO3H]Cl), 1,2,4,5-тетразамещенных имидазолов в присутствии три(1-бутил-3-метилимидазолий) гексахлорид гадолиния ([bmim]3[GdCl6]), гетероциклизация о-галобензойной кислоты с алкином с использованием [bmim]OH в качестве «зеленого» катализатора и др. Ионные жидкости характеризуются многообразием структур, возможностью многократного применения, высокой ионной проводимостью (более 10-4 Ом-1·см-1), большим напряжением разложения (более 4 В). В статье приведены не только литературные данные, но и результаты собственных исследований авторов, в частности по синтезу 3-пиррол-3\'-илоксоиндолов с карбаматной функцией. Обнаружен значительный каталитический эффект ионных жидкостей, а выход целевых продуктов реакции зависит от природы ионной жидкости. Ионные жидкости успешно применяются для получения самых разных классов органических соединений (пирролов, пиранов, диамантана, альдегидокислот, тиазоло[2,3-b]-хиназолин-3,5(2Н)-диона, 5Н-тиазоло-[2,3-b]хиназолин-5-она, синтеза 2-арил-2,3-дигидрохинолин-4 (1Н)-онов, фитостеролов, имидазолов, пиперидинов, тетрагидропиридинов, индазолов и др.), а также в разнообразных реакциях (циклизация, альдольная конденсация, гетероциклизация, аминолиз, нуклеофильное замещение, окисление и др.).
ионная жидкость
органический синтез
гетероциклы
зеленые реагенты
соли имидазолия
катализатор
селективность
рециркуляция
1. Бурмистр М.В., Свердликовская О.С., Бурмистр О.М., Феденко О.А. Современное состояние и основные тенденции развития перспективных ионных жидкостей // Вестник Удмуртского университета. Физика. Химия. 2012. № 1. С. 55–68.
Steward M.V., Sverdlovskaya O.S., Steward O.M., Fedchenko O.A. Current state and basic tendencies of development of perspective ionic liquids // Vestnik of Udmurt University. Physics. Chemistry. 2012. № 1. Р. 55–68 (in Russian).
2. Выгодский Я.С. Ионные жидкости [Электронный ресурс]. URL: http://knowledge.su/i/ionnye-zhidkosti (дата обращения: 17.08.2018).
Vygodsky Ya.S. Ionic liquid [Electronic resource]. URL: http://knowledge.su/i/ionnye-zhidkosti (date of access: 17.08.2018) (in Russian).
3. Великородов А.В., Куанчалиева А.К., Ионова В.А. Синтез 3-пиррол-3′-илоксиндолов с карбаматной функцией // Журнал органической химии. 2011. Т. 47. № 11. С. 1679–1681.
Velikorodov A.V., Kuanchalieva A.K., Ionova V.A. Synthesis of 3-Pyrrol-3′-yloxindoles with a Carbamate Function // Russian Journal of Organic Chemistry. 2011. Vol. 47. № 11. P. 1715−1717. DOI: 10.1134/S1070428011110108/
4. Шестопалов А. М., Злотин С.Г., Шестопалов А.А., Мортиков В.Ю., Родиновская Л.А. Кросс-реакции производных циануксусной кислоты и карбонильных соединений. Одностадийный синтез замещенных 2-амино-7-метил-5-оксо-4,5-дигидропирано[4,3-й]пиранов в этаноле и ионной жидкости [bmim][PF6] // Известия академии наук. Серия химическая. 2004. № 3. С. 546–552.
Shestopalov A.M., Zlotin S.G., Shestopalov A.A., Mortikov V.Y., Rodinovskaya L.A. Cross-reactions linuxprog acid derivatives and carbonyl compounds. One-step synthesis of substituted 2-amino-7-methyl-5-oxo-4,5-dihydropyrano[4,3-d]of pirano in ethanol and ionic liquid [bmim][PF6] // Izvestiya akademii nauk. Seriya ximicheskaya.2004. № 3. P. 546–552 (in Russian).
5. Крышталь Г. В., Жданкина Г.М., Астахова Ч.В., Злотин С.Г. Реакции СН-кислот с а,β-непредельными альдегидами в ионных жидкостях // Известия академии наук. Серия химическая. 2004. № 3. С. 618–621.
Kryshtal G.V., Zhdankina G.M., Astakhov H.V., Zlotin S.G. Reactions of CH-acids with a,β-unsaturated aldehydes in ionic liquids // Izvestiya akademii nauk. Seriya ximicheskaya. 2004. № 3. P. 618–621 (in Russian).
6. Аминов Р.И., Хуснутдинов Р.И. Синтез диамантана путем скелетной изомеризации гидрированных циклогепта-1,3,5-триеновых димеров в ионной жидкости [Et3NH]+[Al2Cl7]- // Журнал органической химии. Т. 53. 2017. № 12. С. 1845–1847.
Aminov R.I., Khusnutdinov R.I. Diamantan Synthesis by skeletal isomerization of hydrogenated cyclohept-1,3,5-triene dimers in ionic liquid [Et3NH]+[Al2Cl7]-// Russian Journal of Organic Chemistry. 2011. Vol. 53. № 12. P. 1881–1883 DOI: 10.1134/S107042801712017X.
7. Bekheit M.S., Farahat A.A., Abdel-Wahab B.F. Synthetic routes to thiazoloquinazolines. Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2016. vol. 52. no. 10, P. 766–772. DOI: 10.1007/s10593-016-1961-0.
8. Derabli C., Mahdjoub S., Boulcina R., Boumoud B., Merazig H., Debache A.. [C8dabco]Br: a mild and convenient catalyst for intramolecular cyclization of 2-aminochalcones to the corresponding 2-aryl-2, 3-dihydroquinolin-4(1H)-ones. Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2016. vol. 52. no. 2. P. 99–103. DOI: 10.1007/s10593-016-1840-8.
9. Pustenko A., Zalubovskis R. Recent advances in sultone synthesis (microreview). Chemistry of Heterocyclic Compound. 2017. vol. 53. no. 12. P. 1283–1285. DOI: 10.1007/s10593-018-2208-z.
10 Saeed A., Larik F.A. Metal-free synthesis of isocoumarins (microreview). Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2016. vol. 52. no. 7. P. 450–452. DOI: 10.1007/s10593-016-1911-x.
11. He W-S., Li L-L., Huang Q-J., Yin J., Cao X-C. Highly efficient synthesis of phytosterol linolenate in the presence of Bronsted acidic ionic liquid. Food Chemistry. 2018. vol. 263. P. 1–7. DOI: 10.1016/j.foodchem.2018.04.107.
12. Lourie L.F., Serguchev Y.A., Ponomarenko M.V., Rusanov E.B., Vovk M.V., Ignat’ev N.V. Electrophilic fluorocyclization of unsaturated alcohols in ionic liquids. Tetrahedron. 2013. vol. 69. no. 2. P. 833–838. DOI: 10.1016/j.tet.2012.10.094.
13. Muzalevskiy V.M., Shastin A.V., Shikhaliev N.G., Magerramov A.M, Teymurova A.N., Nenajdenko V.G. Ionic liquids as a reusable media for copper catalysis. Green access to alkenes using catalytic olefination reaction. Tetrahedron. 2016. vol. 72. no. 45. P. 7159–7163. DOI: 10.1016/j.tet.2016.09.050.
14. Akbari A. Tri(1-butyl-3-methylimidazolium) gadolinium hexachloride, ([bmim]3[GdCl6]), a magnetic ionic liquid as a green salt and reusable catalyst for the synthesis of tetrasubstituted imidazoles. Tetrahedron Letters. 2015. vol. 57. no. 3. P. 431–434. DOI: 10.1016/j.tetlet.2015.12.053.
15. Andrade V.P., Mittersteiner M., Lobo M.M., Frizzo C.P., Bonacorso H.G., Martins M., Zanatta N. A comparative study using conventional methods, ionic liquids, microwave irradiation and combinations thereof for the synthesis of 5-trifluoroacetyl-1,2,3,4-tetrahydropyridines. Tetrahedron Letters. 2018. vol. 59. no. 10. P. 891–894. DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.01.059.
16. Chakraborty A., Majumdar S., Maiti D.K. Selective exploitation of acetoacetate carbonyl groups using imidazolium based ionic liquids: Synthesis of 3-oxo-amides and substituted benzimidazoles. Tetrahedron Letters. 2016. vol. 57. no. 30. P. 3298–3302. DOI: 10.1016/j.tetlet.2016.06.048.
17. Jin R-Z., Zhang W-T., Zhou Y-J., Wang X-S. Iodine-catalyzed synthesis of 5H-phthalazino[1,2-b]quinazoline and isoindolo[2,1-a]quinazoline derivatives via a chemoselective reaction of 2-aminobenzohydrazide and 2-formylbenzoic acid in ionic liquids. Tetrahedron Letters. 2016. vol. 57. no. 23. P. 2515–2519. DOI: 10.1016/j.tetlet.2016.04.101.
18. Li C., Lu X., Yang Y., Yang S., Zhang L. Ionic liquid promoted synthesis of heterocycle-fused pyrimidine-2,4(1H,3H)-diones utilising CO2. Tetrahedron Letters. 2018. vol. 59. no. 25. P. 2463-2466. DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.05.043.
19. Pouramiri B., Kermani E.T. One-pot, four-component synthesis of new 3,4,7,8-tetrahydro-3,3-dimethyl-11-aryl-2H-pyridazino[1,2-a]indazole-1,6,9(11H)-triones and 2H-indazolo[2,1-b]phthalazine-1,6,11(13H)-triones using an acidic ionic liquid N,N-diethyl-N-sulfoethanammonium chloride ([Et3N–SO3H]Cl) as a highly efficient and recyclable catalyst. Tetrahedron Letters. 2016. vol. 57. no. 9. P. 1006–1010. DOI: 10.1016/j.tetlet.2016.01.074.
20. Rahmani F., Mohammadpoor-Baltork I., Khosropour A.R., Moghadam M., Tangestaninejad S., Mirkhani V. Efficient one-pot synthesis of new fused pyridines and bis-pyridines catalyzed by triazine diphosphonium hydrogen sulfate ionic liquid supported on functionalized nano-silica. Tetrahedron Letters. 2016. vol. 57. no. 21. P. 2294–2297. DOI: 10.1016/j.tetlet.2016.04.053
21. Santiago C.C., Lafuente L., Bravo R., Díaz G., Ponzinibbio A. Ionic liquids as phase transfer catalysts: Enhancing the biphasic extractive epoxidation reaction for the selective synthesis of b-O-glycosides. Tetrahedron Letters. 2017. vol. 58. no. 38. P. 3739–3742. DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.08.033.
22. Savanur H.M., Kalkhambkar R.G., Laali K.K. Pd(OAc)2 catalyzed homocoupling of arenediazonium salts in ionic liquids: synthesis of symmetrical biaryls. Tetrahedron Letters. 2016. vol. 57. no. 6. P. 663–667. DOI: 10.1016/j.tetlet.2015.12.108.
23. Xu H., Pan L., Fang X., Liu B., Zhang W., Lu M., Xu Y., Ding T., Chang H. Knoevenagel condensation catalyzed by novel Nmm-based ionic liquids in water. Tetrahedron Letters, 2017, vol. 58, no. 24, P. 2360–2365. DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.05.006.
24. Periyasami G, Arumugam N, Aldalbahi A. Inexpensive ionic liquid mediated green synthetic approach of multi-functionalized regioselective β-lactam fused isoxazolidine heterocyclic hybrids. Tetrahedron, 2017, vol. 73, no. 4, P. 322–330. DOI: 10.1016/j.tet.2016.12.004.
25. Reddy M.V., Byeon K.B., Park S.H., Kim D.W. Polyethylene glycol methacrylate-grafted dicationic imidazolium-based ionic liquid: Heterogeneous catalyst for the synthesis of aryl-benzo[4,5]imidazo[1,2-a]pyrimidine amines under solvent-free conditions. Tetrahedron. 2017. vol. 73. no. 35. P. 5289–5296. DOI: 10.1016/j.tet.2017.07.025.
26. Li W., Dai S., Li D., Zhang Q., Fan H., Zhang T., Zhang Z. Redox reaction: a new route for the synthesis of water-miscible imidazolium ionic liquids. Synthesis. 2017. vol. 49. no. 5. P. 1065–1072. DOI: 10.1055/s-0036-1589402.
27. Palit S., Bera S., Singh M., Mondal D. Synthesis of novel indazole-derived ionic liquids. Synthesis. 2015. vol. 47. no. 21. P. 3371–3384. DOI: 10.1055/s-0034-1381135.
28. Speziali M.G., Monteiro A.L. Synthesis of imidazole-derived ionic liquids from monoterpenes by means of the sonogashira reaction. Synthesis. 2012. vol. 44. no. 22. P. 3505–3511. DOI: 10.1055/s-0032-1317354.
29. Kumar R.S., Almansour A.I., Arumugam N., Menéndez J.C., Osman H., Kumar R.R. Dipolar cycloaddition-based multicomponent reactions in ionic liquids: a green, fully stereoselective synthesis of novel polycyclic cage systems with the generation of two new azaheterocyclic rings. Synthesis. 2015. vol. 47. no. 18. P. 2721–2730. DOI: 10.1055/s-0034-1379931.
30. Drożdż A., Foreiter M.B., Chrobok A. Stable chiral complexes of ionic liquids with aluminium and biaryl ligands as efficient catalysts for the synthesis of chiral lactones. Synlett. 2014. vol. 25. no. 4. P. 559–563. DOI: 10.1055/s-0033-1340518.

В последнее время соединения под названием «ионные жидкости» вызывают большой интерес у ученых в самых различных областях науки. Прежде всего это связано с тем, что ионные жидкости относят к числу «зеленых» реагентов. Многочисленные исследования посвящены поиску решений экономических и экологических проблем, существующих в мире в настоящее время. Это, прежде всего, загрязнение окружающей среды и нерациональное использование природных ресурсов.

Ионные жидкости представляют собой огромный класс веществ, имеющих в своем составе определенные ионы. Эти соединения впервые были получены в 1914 г. Первая ионная жидкость имела температуру плавления 12 °С и получена была русским ученым П. Вальденом. В первой публикации об ионных жидкостях, которая вышла в 1888 г., говорилось о синтезе нитрата этаноламмония с температурой плавления 52–55 °С. В период с 1940 по 1980 г. было получено большое число самых разнообразных ионных жидкостей. Сейчас они представляют огромный интерес для ученых и в различных источниках информации описывается свыше 500 ионных жидкостей [1].

Ионные жидкости – низкотемпературные (tпл < 100 °С) расплавы солей, используемые в качестве электролитов в электрохимических процессах или среды в химических процессах и процессах разделения. Чаще всего применяют расплавы на основе органических солей. Содержат органические катионы, например диалкилимидазолиевые, алкилпиридиниевые, алкиламмониевые, алкилфосфониевые, и неорганические (Br-, BF-4, PF-6 и др.) либо органические (CF3COO-, CF3SO-3 и др.) анионы. Впервые были исследованы П. Вальденом в 1914 г. на примере жидкой при комнатной температуре комплексной соли [С2Н5NH3]+[NO3]. Термин «ионные жидкости» появился в начале 1980-х гг., систематические исследования ионных жидкостей проводятся с 1990-х гг. [2].

Ионные жидкости нелетучи, малотоксичны, негорючи, устойчивы по отношению к высоким температурам и различным химическим веществам, в широком интервале температур остаются в жидком состоянии, являются отличными растворителями для различных химических соединений, в том числе комплексных и полимерных материалов. Ионные жидкости имеют разнообразные структуры (что позволяет варьировать в широких пределах свойства ионных жидкостей, например кислотно-основные или вязкость), пригодны для многократного использования, имеют хорошую ионную проводимость (более 10-4 Ом-1·см-1), большим напряжением разложения (более 4 В) [2].

Наиболее распространённые ионные жидкости получают N-алкилированием гетероциклических соединений галогеналканами с последующим анионным обменом. Представляет интерес применение ионных жидкостей в роли катализаторов и реакционных сред при получении органических, металлорганических и полимерных соединений, электролитов в электрохимии, гальванических элементов в процессах электроосаждения металлов и сплавов, продуктивных и безвредных для окружающей среды растворителей и экстрагентов, в частности катионов металлов [2].

Большой интерес представляет использование ионных жидкостей в органическом синтезе. Нами изучено взаимодействие халконов (1, 2) с этилацетоацетатом и ацетатом аммония в присутствии 10–30 мол. % хлорида 1-н-бутил-3-метилимидазолия и тетрафторбората 1-н-октил-3-метилимидазолия. Процесс осуществляли кипячением реагентов в абсолютном этаноле [3].

chab1.wmf

Найдено, что наименьшая продолжительность процесса (3 ч) и наибольшие выходы 3-пиррол-3'-илоксоиндолов (3, 4) наблюдаются при использовании 20 мол. % хлорида 1-н-бутил-3-метилимидазолия. Применение тетрафторбората 1-н-октил-3-метилимидазолия в этих превращениях также приводит к получению пирролоиндолов (3, 4) с высокими выходами (88, 90 % соответственно), однако продолжительность процесса при этом возрастает до 4 ч. Повышение концентрации ионной жидкости до 30 мол. % не приводит к увеличению выхода продуктов и сокращению продолжительности реакций (табл. 1) [3].

Таблица 1

Выходы 3-пиррол-3'-илоксоиндолов (3, 4) и продолжительность процесса в зависимости от типа и мольной доли ионной жидкости

Ионная жидкость

Концентрация, мол. %

Продолжительность процесса, ч

Выход, %

(№ соед.)

Tab1.wmf

10

6

62 (3)

20

3

91 (3)

92 (4)

30

3

90 (3)

92 (4)

Tab2.wmf

10

7

43 (3)

56 (4)

20

4

88 (3)

90 (4)

30

4

89 (3)

Интересно использование ионной жидкости [bmim][PF6] в одностадийном синтезе замещенных 2-амино-7-метил-5-оксо-4,5-дигидропирано[4,3-6]пиранов.

Хороший выход пирано[4,3-6]пиранов (11а,b) заметен при замене EtOH на [bmini][PF6] в реакции пиранона 5, малононитрила 6 и алифатических альдегидов 7. При этом для осуществления реакции также нужно добавлять в реакционную массу в качестве катализатора Et3N. Эффективность применения [bmim][PF6], скорее всего, можно связать с различной скоростью элиминирования воды из образующегося в промежуточной стадии альдоля 8 в ионной жидкости и в EtOH [4].

chab2.wmf

7, 11: ALK = СНМе2 (а); СН2СНМе2 (b)

Реагенты и условия: i) EtOH, Et3N, Δ; ii) [bmim][PF6], Et3N, 70 °С

Полученные результаты показывают, что осуществление альдольной конденсации в ионных жидкостях значительно увеличивает скорость реакции и выход продуктов конденсации [4].

Ионные жидкости в качестве растворителей могут многократно использоваться в реакциях. Например, это было показано в реакции СН-кислот 12, 13, 14, 15 с акролеином в ионной жидкости [bmim][PF6]. В результате реакции образуются с умеренными выходами аддукты Михаэля 16—19. Повышению выходов альдегидокислот 16—19 благоприятствует применение «мягкого» депротонирующего агента карбоната натрия и инициирование системы ультразвуком [5].

chab3.wmf

Ионную жидкость [bmim][PF6] регенерировали и использовали неоднократно в нескольких реакционных циклах без уменьшения выходов и чистоты продуктов присоединения. Практически количественная регенерация спектроскопически чистой ионной жидкости свидетельствует о том, что она не взаимодействует в изученных условиях с компонентами реакционной смеси, в частности с карбонатами металлов и анионами СН-кислот. Применение ионной жидкости [bmim][PF6] позволило повысить выход соединения 19, являющегося ключевым интермедиатом в синтезе 5,9-диметил-2-(3-N,N- диметиламинопропил)додека-4,8-диеновой кислоты – эффективного средства для лечения инфаркта миокарда [5].

Диамантан 20 синтезирован с выходом 91–97 % путем скелетной изомеризации смеси гидрогенизированных димеров циклогепта-1,3,5-триена, пентацикло[8.4.0.03,7.04,14.06,11]тетрадекана 21а и пентацикло[7.5.0.02,8.05,14.07,11]тетрадекана 21b в соотношении 3 : 2 в присутствии ионной жидкости [Et3NH]+ [Al2Cl7]– [6].

chab4.tif

Известно о применении трех различных ионных жидкостей [bmim]X (X = Br, BF4, OTf) в реакции циклизации 2-тиоксо-2,3-дигидрохиназолин-4(1Н)-онов 23 с 2-хлороуксусной кислотой или 2-хлорпропанолом в атмосфере азота при температуре ~60 °C для синтеза производного тиазоло[2,3-b]-хиназолин-3,5(2Н)-диона 24 и производного 5Н-тиазоло-[2,3-b]хиназолин-5-она 25 соответственно. Наилучшие выходы соединений 24,25 получены при использовании [bmim]OTf (83-92 и 82-91 % соответственно) [7].

chab5.tif

Современный эффективный синтез 2-арил-2,3-дигидрохинолин-4(1Н)–онов 27 был предложен с применением внутримолекулярной циклизации 2-аминохалконов 26, ускоряемой бромидом 1-октил-4-аза-1-азобицикло[2.2.2]октана ([C8dabco]Br). Возможность повторного использования катализатора, высокие выходы продуктов, простое выделение продуктов и высокая атомная эффективность – достоинства этого метода [8].

chab6.tif

О получении N-гетероциклического карбен-катализируемого (NHC) δ-султона 31 с использованием триметилсилильных эфиров енола 28 и α,β-ненасыщенных сульфонилфторидов 29 через α, β-ненасыщенный сульфонилазолиевый интермедиат 30 сообщалось в работе [9]. Реакция умеренно чувствительна к электронным эффектам заместителей в исходных веществах: электронодефицитные и электроноизбыточные сульфонилфториды превращаются в соответствующие султоны практически с одинаковой скоростью. В этой удобной методике может быть использован как алифатический, так и ароматический триметилсилильный эфир енола. В случае несимметричных триметилсилильных эфиров енола региоселективность реакции была умеренной [9].

chab7.tif

Разработана эффективная и экологически безопасная гетероциклизация о-галобензойной кислоты 32 с алкином 33 с использованием [bmim]OH в качестве «зеленого» катализатора. Эта методология дает высокие выходы, а также позволяет ввести различные функциональные группы. Выделение и повторное использование [bmim]OH позволяет широко использовать данную методологию [10].

chab8.tif

Фитостеролы эффективны в снижении холестерина в плазме. Известно исследование, направленное на создание зеленого и высокоэффективного метода синтеза линолената фитостерола с использованием кислотной ионной жидкости Bronsted (IL) в качестве катализатора для улучшения растворимости фитостерола в масле. Продукт отделяли, анализировали и затем характеризовали с использованием тонкослойной хроматографии, инфракрасной спектроскопии и масс-спектрометрии. Преобразование фитостеролов может достигать 96 % за очень короткое время (30 мин) при следующих оптимальных условиях: 3 %-ный трифторметансульфонат 1-бутилсульфонат–3-метилимидазолия ([BSO3HMim]OTf) в качестве катализатора, 110 °С и 1: 1,75 М фитостеринов и этиллинолената. Установлено, что [BSO3HMim]OTf является потенциальным катализатором синтеза эфира фитостерола. Растворимость линолената фитостерола в масле должна быть намного больше, чем растворимость соответствующих свободных фитостеринов [11].

Фторциклизация цис-алкенолов 35а и 35b с помощью F-TEDA-BF4 была проведена в нитрометане и [emim][CF3SO3] в качестве реакционной среды. Фторциклизация цис-алкенола 35а в нитрометане при 25 °C и 80 °C, а также в [emim][CF3SO3] при 105 °C протекает с предпочтительным образованием цис-изомера 38 с низкой стереоселективностью. Интересно отметить, что снижение температуры реакции в ионной жидкости до 80 °C уменьшает выход цис-изомера 38. В случае фторциклизации цис-алкенола 35b в ионной жидкости при 80 °С цис-продукт 39 был получен с лучшей стереоселективностью по сравнению с реакцией в нитрометане [12].

chab9.tif

Найдено, что ионные жидкости являются превосходными средами для реакций, катализируемых медью, например в реакции каталитического олефинирования. В результате появился новый зеленый подход к галогеноалкенам. Отмечена возможность проведения до 5 циклов реакции без регенерации катализатора и без снижения выхода целевых продуктов. В результате скрининга ряда различных ионных жидкостей было выявлено, что тетрафторборат 1-бутил-3-метилимидазолия ([bmim][BF4]) является наиболее эффективным растворителем. Мягкие условия, высокая атомная эффективность по сравнению с другими известными методами, низкое количество отходов и возможность извлечения и повторного использования ионной жидкости являются преимуществами предлагаемого метода [13].

chab10.tif

Магнитная ионная жидкость, три(1-бутил-3-метилимидазолий) гексахлорид гадолиния ([bmim]3[GdCl6]), была использована в качестве эффективного зеленого катализатора в one-pot синтезе 1,2,4,5-тетразамещенных имидазолов 46 путем конденсации бензила 42, ароматического альдегида 43, амина 44 и ацетата аммония 45. Отличная селективность, мягкие условия реакции, а также легкость выполнения эксперимента – только некоторые преимущества данного метода [14].

chab11.tif

Функционализированные пиперидины или тетрагидропиридины имеют важное значение в качестве строительных блоков для синтеза многочисленных классов азотистых гетероциклических соединений, включая природные соединения. Методики синтеза, описанные в литературе для получения этого класса соединений, характеризуются сложностями выделения продуктов из смеси реагентов и их очисткой, требующей использования вредных органических растворителей при больших значениях температур, большой длительностью по времени и многостадийностью реакций. Ионные жидкости помогают в решении этих проблем. Известно о получении 1-арил-2-ариламино-5-трифторацетил-1,2,3,4-тетрагидропиридинов 49 из циклических енонов 47 и ариламинов 48 с отличными выходами (87–97 %), при этом продолжительность реакций варьировала в широком диапазоне в зависимости от используемого метода. В то же время при использовании тетрафторбората 1-бутил-3-метилимидазолия [bmim]BF4 при микроволновом облучении продолжительность реакции уменьшалась до 1 мин, что свидетельствует о синергетическом эффекте [15].

chab12.tif

Ионная жидкость основания Бренстеда позволила осуществить селективный аминолиз сложного эфира 50 с получением ацетоацетамидных производных 51. Другая ионная жидкость, бромид 1-бутил-3-метилимидазолия, выполняет продуктивный катализ с использованием карбонильных групп ацетоуксусного эфира и о-фенилендиамина при высоких температурах с получением бензимидазолов с помощью разрыва связи C-C в промежуточном 1,5-бензодиазепиноне без растворителей [16].

chab13.tif

Хемоселективные реакции 2-аминобензогидразидов 52 и 2- формилбензойной кислоты 53, описанные в получении 5H-фталазино[1,2-b] хиназолина 54 и изоиндоло[2,1-a] хиназолина 55 осуществляются в ионных жидкостях, с использованием иода в качестве катализатора. Установлено, что тип продуктов зависит от стерического эффекта в 2-аминобензогидразиде [17].

chab14.tif

R = 4-MeC6H4, Ph, 4-MeC6H4, 4-ClC6H4, Ph, Ph, 4-MeC6H4, Ph, Ph, 4-MeC6H4

R1 = 5-Br, 5-CH3, H, 5-Br, H, 5-Cl, 4-Cl, 5-Br, 5-CH3, 4-Cl

Разработана эффективная ионная жидкая система для получения пиримидин-2, 4(1H, 3H)–дионов с умеренными и отличными выходами (52–95 %). Обнаружено, что [HDBN +][TFE-], простая и легко получаемая ионная жидкость, может действовать как растворитель и катализатор реакции. Эти реакции могут эффективно осуществляться при взимодействии о-аминогетарилнитрилов с CO2 при атмосферном давлении [18].

chab15.tif

Был разработан быстрый и эффективный one-pot четырехкомпонентный синтез нового 2H-пиридазино[1,2-a]индазол-1,6,9(11H)–триона (65) и 2H-индазоло[2,1-b]фталазин-1,6,11-триона (66) с использованием стабильной и ионной жидкости Бренстеда, N, N-диэтил- N-сульфоэтанаммонийхлорида ([Et3N-SO3H]Cl). В этом превращении использовался ряд разнообразных альдегидов и получены соответствующие продукты с хорошими и отличными выходами без каких-либо побочных продуктов [19].

chab16.tif

Сообщается об эффективном синтезе новых конденсированных пиридинов трехкомпонентной конденсацией альдегидов, койевой кислоты и 6-амино-1,3-диметилурацила, катализируемой ионной жидкостью гидросульфатом аминопропил-1,3,5-триазин-2,4-дифосфония. Катализатор наносился на функционализированный нанокремнезем в отсутствии растворителей. Бис-производные этих соединений легко синтезировали из диальдегидов. Этот метод имеет ряд преимуществ: мягкие условия, высокие выходы, короткое время реакции, легкое выделение и экологичность процесса. Кроме того, катализатор можно легко выделить из реакционной смеси, регенерировать и неоднократно использовать без заметного снижения каталитической активности [20].

Установлено, что ионные жидкости катализируют эпоксидирование сахаров, работая как межфазные катализаторы. 1,2-Ангидросахара синтезированы реакцией окисления диметилдиоксирана, образующегося in situ из оксона и ацетона с участием амфифильных ионных жидкостей в качестве катализаторов. b-O-гликозиды синтезированы с хорошими выходами путем раскрытия эпоксидного цикла углеводных производных под действием нуклеофилов. Кроме того, этим способом могут быть получены 3,4,6-бензилзащищенные углеводы и b-N-гликозиды [21]. На схеме, приведенной ниже, показано эпоксидирование циклогексена 67 диметилдиоксираном при участии ионной жидкости с образованием эпоксидного производного 68.

chab17.tif

Раскрытие эпоксидного цикла 1,2-ангидросахара 69 под действием этаноламина с образованием соответствующего производного 70 проиллюстрировано ниже на схеме.

chab18.tif

Предложен высокоэффективный и удобный метод получения симметричных биарилов 72 из солей арилдиазония 71 с использованием небольших количеств Pd(OAc)2 и доступных ионных жидкостей на основе имидазола, без окислителей, летучих растворителей, лигандов и добавок. Высокий выход продукта, легкое выделение, регенерация и повторное использование ионных жидкостей являются важными преимуществами этого метода [22].

chab19.tif

Синтезированы серии новых ионных жидкостей, обладающих хорошей экологичностью, вязкостью, способностью к регенерации и неоднократному использованию без предварительной очистки [23–25]. Реакции с этими ионными жидкостями отличаются мягкими условиями, короткой продолжительностью процесса, легкостью выделения продукта и их хорошими выходами [26–28].

Библиотека новых бифункциональных полициклических структур 73 была впервые синтезирована в ионной жидкости, в бромиде 1-бутил-3-метилимидазолия, в условиях микроволнового облучения, в одном реакторе трехкомпонентной реакцией [3+2]-циклоприсоединения с последующим аннелированием, с хорошими и отличными выходами. Созданные таким образом циклические системы содержат в качестве структурных элементов мостиковые, конденсированные и спиросочлененные кольца с полной регио- и стереоселективностью через образование двух C-C и двух C-N связей, что ведет к образованию двух азагетероциклических колец и пяти смежных стереогенных атомов углерода, три из которых являются четвертичными [29].

chab20.tif

Ar = Ph, 2-MeOC6H4, 2-ClC6H4, 2-BrC6H4, 4-ClC6H4, 4-BrC6H4, 4-FC6H4

R1 = H, R2 = Ph

Описана новая каталитическая система для асимметричного окисления монозамещенных прохиральных циклобутанонов по реакции Байера – Виллигера с γ-бутиролактонами с высоким выходом (40–99 %) и энантиоселективностью (45–87 %). Представлены алюминиевые комплексы с биарильными лигандами и ионными жидкостями. Включение ионной жидкости в сложную структуру подтверждается наблюдаемой четырехкоординатной природой алюминия [30].

chab21.tif

Таким образом, анализ литературных данных показывает, что ионные жидкости широко используются в органическом синтезе как «зеленые» растворители и как каталитические среды для получения различных классов органических соединений.


Библиографическая ссылка

Чабакова А.К., Щепетова Е.В., Абдурахманова Н.М. ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ В ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 12-1. – С. 216-226;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37000 (дата обращения: 19.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074