Исползование ионных жидкостей в синтезе 2-фенил-1H-бензо[d]имидазолов

The use of ionic liquids in synthesis 2-phenyl-1H-benzo [d]imidazole

Yuliya Vlasova

PhD in chemistry, senior lecturer of the Department of chemistry, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, Russia, Tula

Evgeniya Ivanova

PhD in chemistry, associate Professor of chemistry, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, Russia, Tula

Olga Baykova

PhD in chemistry, associate Professor of chemistry, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, Russia, Tula

Yuri Atroshchenko

doctor of chemistry, Professor, head of chemistry Department, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, Russia, Tula

Irina Shahgeldyan

doctor of chemical Sciences, Professor of the Department of chemistry, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, Russia, Tula

Аннотация. Разработаны и апробированы способы получения производных бензимидазола, основанные на проведении синтеза без использования растворителя, а также применении в качестве раствори­теля и катализатора ионных жидкостей. Показана эффективность новых методов по сравнению со традиционной конденсацией о-фенилендиамина с бензойными кислотами в полифосфорной кислоте.

Abstract. Methods for the preparation of benzimidazole derivatives based on the synthesis without the use of solvent and applied as a solvent and a catalyst for the ionic liquids are developed and tested. The efficiency of new methods in comparison with the standard condensation of o‑phenylenediamine with benzoic acid derivatives in polyphosphoric acid was showed.

Ключевые слова: 2-фенил-бензимидазолы; ионные жидкости.

Keywords: 2-phenil-benzimidazole derivatives; ionic liquids.

Производные бензимидазола хорошо известны как вещества, проявляющие высокую биологическую активность широкого спектра действия. Среди них: омепразол – противоязвенное средство, домперидон – антагонист дофаминовых рецепторов, бемитил – оказывающий психостимулирующее действие и др. [1]. В связи с этим, не ослабевает интерес к поиску наиболее оптимальных методов синтеза новых производных бензимидазола.

Одним из наиболее распространенных методов синтеза производных бензимидазола, является конденсация о-фенилендиамина с органическими кислотами, катализируемая минеральными кислотами, в частности полифосфорной кислотой [2]. Однако данный метод характеризуются высокими температурами синтеза, использованием токсичных реагентов, относительно невысокими выходами. В связи с этим, нами было проведено изучение возможности использования для получения 2-фенил-1Н-бензо[d]имидазолов более простых и экологи­чески безопасных методик, в частности проведение синтезов в отсутствии растворителей (solvent free) и использование в качестве растворителей ионных жидкостей (ionic liquids).

Конденсацию о-фенилендиамина 1 с ароматическими карбоновыми кислотами 2 осуществляли в ДМФА в присутствии полифосфорной кислоты (РРА) при температуре 210 °С с одновременной отгонкой воды (метод А). Мольное соотношение 1 : 2 : РРА составляло 1:1:0,2. Целевые 2-(R-фенил)-1Н-бензо[d]имидазолы 3 а-к были получены с выходом 60-70 % (схема 1, таблица 1).

Схема 1.

Конденсация о-фенилендиамина 1 с ароматическими карбоновыми кислотами

Полноту протекания реакции контролировали методом ТСХ (элюент – этилацетат). Структуры всех полученных соединений были доказаны методом ЯМР ¹Н-спектроскопии.

Одним из перспективных методов синтеза производных бензимидазола является конденсация реагентов без применения растворителей [3]. Поэтому нами были проведены синтезы продуктов 3 сплавлением ароматических кислот с о-фенилендиамином (метод В). Предварительно смесь твердых реагентов растирали в ступке до получения однородной массы. Следует отметить, что бензойные кислоты частично возгоняются при высокой температуре, поэтому их необходимо брать в небольшом избытке (10-20 %). Оптимальными условиями реакции, позволяющими получить целевые продукты с выходом 60-70 % являются: температура 160-180°С, время реакции 3-4 часа (таблица 1).

Как видно из данных таблицы, выход бензимидазолов 3 а-к, полученных по методу А и В близок, однако время, затраченное на проведение реакции по методу В в 3 раза меньше.

Таблица 1.

Сравнение методов синтеза производных бензимидазола

Еще одним из современных подходов к синтезу органических соединений является использование в качестве растворителя и катали­затора ионных жидкостей, которые характеризуются устойчивостью к высоким температурам, низкой летучестью и токсичностью, высокой гигроскопичностью, а также могут быть многократно использованы за счет рецикла [4].

В качестве ионной жидкости нами использовался 1-бутил-3-метилимидазолийтетрафторборат (BuMeImBF₄), полученный по методике [5].

Структура полученной ионной жидкости была доказана методом LCMS, по результатам которой был получен пик молекулярного иона с величиной m/z равной 139, что соответствует заряду 1-метил-3-бутил-имидазолийкатиона, а также ЯМР ¹Н-спектроскопией.

Ионная жидкость в синтезе использовалась не только как раство­ритель, но и как водоотнимающий агент, благодаря своей высокой гигроскопичности. Реагенты были взяты в мольном соотношении: 20:21:ИЖ = 1:1:2. Реакцию конденсации проводили в течение 2-3 часов при 140°С. Полноту протекающего синтеза идентифицировали посред­ством ТСХ (элюент – этилацетат). После разбавления реакционной смеси водой и отделения продуктов 3 а-к с выходом 70-80 % (таблица 1). Вода удалялась из фильтрата при пониженном давлении, а ИЖ (BuMeImBF₄) использовалась в синтезе повторно. Отметим, что при многократном использовании ионной жидкости выход бензимидазолов снижался на 3-5 % за каждый рецикл.

Таким образом, преимуществами метода С по сравнению с методом А является: более мягкие условия, низкое давление паров растворителя при высокой температуре, исключение потери карбоновых кислот за счет возгонки, возможность многократного использования ионной жидкости.