Synthesis of 4-amino-1,3-diarylimidazolium chlorides

Full Text

N-гетероциклические карбены (NHC) широко применяются в качестве лигандов в современном металлокомплексном катализе [1–3]. Дизайн структуры NHC-лигандов позволяет существенно влиять на их пространственные и электронные характеристики и, как следствие, на стабильность, динамические превращения и каталитические свойства систем металл/NHC [4, 5]. 1,3-Диарилимидазолиевые соли, особенно содержащие объемные орто-дизамещенные N-арильные группы, широко применяются в качестве предшественников NHC-лигандов в координационной химии и металлокомплексном катализе [3, 4, 6–8]. Значительное влияние на электронные и пространственные характеристики карбенов, образующихся из имидазолиевых солей, могут оказывать заместители и функциональные группы в положениях 4 и 5 имидазольного цикла [4, 9–11]. Например, комплексы палладия и никеля с NHC-лигандами, получаемыми из 4-N,N-диалкиламино- и 4-алкиламиноимидазолиевых солей, проявляют в реакциях кросс-сочетания с участием неактивированных арилхлоридов [12–15] более высокую активность, чем комплексы на основе NHC-лигандов, получаемых из 4-незамещенных имидазолиевых солей. Заместитель RRʹN в положении 4 имидазольного цикла может приводить к повышению электронодонорности NHC-лиганда за счет сопряжения неподеленной пары электронов атома азота с имидазольным циклом [13, 16, 17]. Кроме того, аминогруппа оказывает существенное влияние на пространственные характеристики NHC-лиганда и, вследствие эффекта поддержки, приводит к увеличению “мертвого объема” (%V_bur) [18], что, зачастую, способствует повышению каталитической активности металлокомплексов [14].

Более выраженное влияние на электронные характеристики NHC-лиганда в оснóвных средах могут оказывать заместители RNH (R = алкил, арил, ацил и др.), которые способны к депротонированию под действием оснований. Депротонирование таких заместителей приводит к появлению у NHC-лиганда отрицательного заряда и, как следствие, существенному увеличению электронодонорности лиганда и увеличению электронной плотности на атоме координированного металла [9, 19, 20]. Например, недавно было показано, что депротонирование RNH-групп в NHC-лигандах 1,2,4-триазольного ряда способствует существенной стабилизации связи металл–лиганд [21] и повышению каталитической активности комплексов в реакциях с участием арилгалогенидов [22–24]. По аналогии с аминофункционализированными NHC-лигандами 1,2,4-триазольного ряда [25], удобной платформой для получения 4-RNH-замещенных имидазолиевых солей могли бы стать имидазолиевые соли, содержащие группу NH2 в положении 4 имидазольного цикла. Однако, несмотря на наличие общих методов синтеза 4-RNH-замещенных имидазолиевых солей (R = алкил, арил) [12, 14, 20, 26], а также единичных примеров получения 1,3-диалкил-4-аминоимидазолиевых солей [27–30], сведения о синтезе 4-NH2-замещенных 1,3-диарилимидазолиевых солей в литературе не найдено.

В настоящей работе предложен метод синтеза ранее неизвестных 4-амино-1,3-диарилимидазолиевых солей на основе реакции N,Nʹ-диарилформамидинов с хлорацетонитрилом, а также показана возможность постфункционализации полученных аминоимидазолиевых солей реакцией ацилирования аминогруппы и применение в качестве предшественников N-гетероциклических карбенов в синтезе комплексов Cu/NHC.

Исходные формамидины 1 получали нагреванием анилинов с триэтилортоформиатом (схема 1). Влияние условий реакции формамидинов с хлорацетонитрилом (ХА) на образование имидазолиевых солей исследовали на примере формамидина 1а, содержащего N,Nʹ-2,6-диизопропилфенильные группы (табл. 1, схема 1).

 

Таблица 1. Оптимизация синтеза соединения 2a^а

Опыт	Растворитель	ХА : 1а, моль/моль	Катализатор	Температура, °С	Время, ч	Выход 2a, %б
1	MeCN	1	нет	80	16	5
2	MeCN	3	нет	80	16	18
3	ДМФА	3	нет	120	16	31
4	EtOH	3	нет	85	16	9
5	1,4-Диоксан	3	нет	110	16	46
6	Бензол	3	нет	80	16	19
7	MeCN	3	Et3N (30 мол. %)	80	16	22
8	EtOH	3	Et3N (30 мол. %)	85	16	8
9	ДМФА	3	Et3N (30 мол. %)	85	16	20
10	1,4-Диоксан	3	BF3·Et2O (30 мол. %)	110	16	62
11	Бензол	3	BF3·Et2O (30 мол. %)	80	16	34
12	нет	1	нет	130	6	32
13	нет	2	нет	130	6	67 (54)в
14	нет	3	нет	130	6	95 (80)в
15	нет	5	нет	130	6	99 (83)в
16	нет	10	нет	130	6	99 (82)в

^а Реагенты и условия: 1a (0.182 г, 0.5 ммоль), хлорацетонитрил, растворитель (1 мл), катализатор. ^б Выход соединения 2а определяли по данным 1Н ЯМР, внутренний стандарт – ГМДС. ^в Выход выделенного и очищенного продукта (%).

 

Схема 1. Синтез соединений 2a–e и основные продукты реакции соединения 1f с хлорацетонитрилом.

 

При нагревании 1а с ХА в эквимольном соотношении при 80°С в ацетонитриле реакция протекала очень медленно, после 16 ч в реакционной смеси с помощью спектроскопии ¹Н ЯМР фиксировались только следы целевого продукта 2а (табл. 1, опыт 1). При изменении мольного соотношения ХА : 1а до 3 : 1 выход 2а в этих условиях возрастал до 18% (опыт 2). Попытки проведения реакции в других растворителях позволили выделить соединение 2а с выходом не выше 46% (опыты 3–6). Применение Et₃N в качестве нуклеофильного катализатора также не способствовало увеличению выхода (опыты 7–9). Использование BF₃·Et₂O в качестве электрофильного катализатора (опыты 10 и 11) в диоксане позволило повысить выход до 62%, но даже в присутствии катализатора реакция протекала довольно медленно (опыт 10). Однако оказалось, что при проведении реакции без растворителя и катализатора при 130°С (опыты 12–16) выход увеличился. При значительном избытке ХА (мольное соотношение ХА : 1а = 5 : 1) реакция протекает почти с количественным выходом, причем продукт 2а после отгонки избытка ХА и перекристаллизации удалось выделить с выходом 83% (опыт 15). По-видимому, значительный избыток ХА необходим для полного растворения формамидина и обеспечения гомогенности реакционной смеси в течение времени, необходимого для завершения реакции. При использовании меньшего количества ХА исходный формамидин не успевает полностью раствориться, тогда как быстрая кристаллизация продукта 2а затрудняет массо- и теплообмен в реакционной смеси, что приводит к снижению выхода (опыты 12–14). Увеличение мольного соотношения ХА : 1а до 10 : 1 не приводит к дальнейшему увеличению выхода 2а (опыт 16). Поэтому условия опыта 15 были приняты в качестве оптимальных.

В оптимизированных условиях нами исследована реакция различных формамидинов с ХА. В результате взаимодействия с ХА формамидины 1a–e, содержащие N,N'-2,6-диалкиларильные группы, приводили к образованию соответствующих имидазолиевых солей 2a–e с выходами 55–91% (схема 1).

Однако N,N'-бис(2-метилфенил)формамидин (1f), N,N'-бис(4-метоксифенил)формамидин (1g), N,N'-дифенилформамидин (1h) и N,N'-бис(2,6-дифторфенил)формамидин (1i) в реакции с ХА образовывали сложные смеси продуктов, разделить которые не удалось. Анализ реакционных смесей с помощью спектроскопии ¹Н ЯМР показал, что содержание в них целевых имидазолиевых солей составило всего 10–17%. Анализ реакционных смесей методом ГХ-МС выявил присутствие в значительных концентрациях непрореагировавших формамидинов 1 (выход 14–47%), продуктов моноалкилирования формамидина хлорацетонитрилом и продуктов разложения формамидинов – N-арилформамидов и анилинов. Например, после нагревания соединения 1f c ХА выход соли 2f составил всего 13%, при этом состав реакционной смеси был следующим: непрореагировавший исходный формамидин 1f (14%), соединение 3 (m/z = 263.1, выход ~26%), соединение 4 (выход 11%) и соединение 5 (выход 9%), а также другие продукты, идентифицировать которые не удалось. Причины пониженной реакционной способности формамидинов 1f–i не вполне понятны. По-видимому, низкая реакционная способность N,N'-бис(2,6-дифторфенил)формамидина (1i) обусловлена, прежде всего, отрицательным индуктивным эффектом двух атомов фтора (в реакционной смеси зафиксировано ~47% исходного формамидина, по данным ГХ-МС и спектроскопии ЯМР). Пониженная реакционная способность диарилформамидинов 1f–h, возможно, связана с особенностями пространственного строения молекул, а именно их большей уплощенностью, по сравнению с формамидинами 1a–e, содержащими 2,6-дизамещенные арильные группы. Например, сравнение структур молекул 1а [31, 32] и 1h [33], установленных с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА), показывает, что в молекуле 1а обе арильные группы почти ортогональны плоскости амидинового фрагмента N=C–N, тогда как молекула 1h существенно уплощена; углы между плоскостями амидинового фрагмента и бензольных ядер не превышают 42.5°. Вероятно, такая геометрия приводит к большей делокализации электронной плотности и, как следствие, меньшей нуклеофильности атомов азота в молекулах 1f–h по сравнению с молекулами 1a–e.

Возможность потенциального применения полученных аминоимидазолиевых солей в качестве предшественников N-гетероциклических карбенов была исследована в синтезе медных комплексов общей формулы (NHC)CuCl металлированием соединения 2а и его ацилпроизводных. Выбор соединения 2а в качестве предшественника NHC обусловлен наличием в его структуре объемных 2,6-диизопропилфенильных заместителей при атомах N имидазольного цикла, поскольку NHC-лиганды, содержащие эти N-арильные группы, широко применяются в металлокомплексном катализе [4]. Следует отметить, что комплексы меди с N-гетероциклическими карбенами могут представлять интерес в качестве катализаторов [35, 36], лекарств [37] и реагентов для синтеза комплексов других металлов с помощью реакций трансметаллирования [38–40].

Осуществить селективное металлирование соединения 2а при нагревании с оксидом меди (I) по описанной в литературе методике синтеза комплексов (NHC)CuCl [34] не удалось: при всех попытках образовывалась трудноразделимая смесь соединений, что, предположительно, можно объяснить мультидентатностью соединения 2а (возможность координации с участием как карбенового атома С, так и аминогруппы) и его недостаточной устойчивостью в условиях реакции. Поэтому аминогруппа была защищена путем ацилирования. Нагреванием соединения 2а в уксусном ангидриде при 120°С получено ацетилпроизводное 6а, а кипячением 2а в пиридине с хлорангидридами пивалоиловой или пара-толуиловой кислот синтезированы ацилпроизводные 6b и 6c соответственно (схема 2). Нагреванием соединений 6а–с с оксидом меди (I) в диоксане при 100°С получены комплексы (RCONH–NHC)CuCl – соединения 7а–с (схема 2).

 

Схема 2. Синтез соединений 6a–c и 7a–c.

 

Соединения 2а–е и 6а–с представляют собой высокоплавкие бесцветные кристаллические вещества, нерастворимые в гексане, бензоле и других малополярных растворителях, хорошо растворимые в горячей воде, спирте, ДМФА. Комплексы 7а–с представляют собой бесцветные, стабильные на воздухе кристаллические вещества, хорошо растворимые в хлороформе, ацетонитриле, бензоле, нерастворимые в воде. Строение солей 2а–е, 6а–с и комплексов 7а–с подтверждено данными ¹Н и ¹³С ЯМР-спектроскопии, элементным анализом; структура комплекса 7а подтверждена РСА (рис. 1). В спектрах ¹Н ЯМР соединений 2а–е в ДМСО-d₆, помимо сигналов протонов N-арильных групп и сигналов Н2 (δ_H 8.98–9.47 м. д.) и Н5 (δ_H 6.97–7.14 м. д.) имидазольного ядра (дублеты с КССВ 1.9–2.0 Гц), наблюдается уширенный двупротонный синглет группы NH₂ в области 5.8–6.1 м. д. (исчезает после добавления D₂O). Спектры ¹Н ЯМР соединений 6а–с в ДМСО-d₆, помимо характеристических сигналов N-арильных групп и дублетов протонов Н2 (δ_H 9.9–10.1 м. д.) и Н5 (δ_H 8.36–9.60 м. д.) имидазольного фрагмента молекулы (КССВ 1.6–1.9 Гц), содержат сигналы протонов ацильной группы и амидной группы NH (уширенный синглет в области δ_H 9.90–10.95 м. д.). Спектры ¹Н ЯМР комплексов 7а–с в дейтерохлороформе похожи на спектры солей 6а–с, однако в них отсутствует сигнал атома Н2 имидазольного цикла.

Согласно данным РСА, в элементарной ячейке кристалла соединения 7a (рис. 1) содержатся две кристаллографически неэквивалентных молекулы (А и Б), отличающиеся разворотом ацетиламиногруппы относительно плоскости имидазольного цикла. Например, псевдоторсионный угол C2–C3–C28–O1 в молекуле А составляет –13.2(2)°, тогда как в молекуле Б аналогичный угол равен 10.62(2)°. Геометрические параметры молекулы комплекса 7а близки к параметрам комплексов (NHC)CuCl с обычными NHC-лигандами IPr (1,3-бис-(2,6-диизопропилфенил)имидазол-2-илиден) [41, 42] и IMes (1,3-бис(2,4,6-триметилфенил)имидазол-2-илиден) [43, 44]. Угол С–Cu–Cl составляет 176.50(7)° в молекуле А и 176.76(7)° в молекуле Б. Длина связи С–Cu равна 1.880(2) Å в молекуле А и 1.874(2) Å в молекуле Б, что очень близко к длине аналогичной связи в комплексах (IPr)CuCl и (IMes)CuCl (1.881–1.956 Å). Длина связи C–Cl составляет 2.1069(5) Å в молекуле А и 2.1022(5) Å в молекуле Б, что также близко к длине аналогичной связи в комплексах с лигандами IPr и IMes (2.089–2.106 Å). N-Арильные группы почти перпендикулярны плоскости имидазольного цикла. Например, торсионный угол C3–N1–C4–C5 составляет 102.8(2)°. Длины связей и валентные углы в имидазольном цикле близки к таковым в комплексах с лигандами IPr и IMes.

 

Рис. 1. Молекулярная структура комплекса 7a. Показана одна из двух неэквивалентных молекул комплекса. Атомы водорода не показаны. Колебания неводородных атомов показаны в анизотропном приближении ( p = 50%).

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Спектры ЯМР записаны на спектрометре Bruker Avance Neo (300 МГц для ¹Н и 75 МГц для ¹³С ЯМР соответственно; США) в CDCl₃ и ДМСО-d₆, с использованием в качестве внутреннего стандарта остаточных сигналов растворителя. Газовую хромато-масс-спектрометрию осуществляли на хроматографе Agilent 7890A (США), снабженном масс-селективным детектором Agilent 5975С (ЭУ, 70 эВ) и капиллярной колонкой HP5MS (30 м × 0.25 мм × 0.25 мкм). Элементный анализ (C, H, N) выполнен при использовании анализатора Perkin Elmer 2400 (США). Температуры плавления веществ определены в запаянных капиллярах на приборе ПТП-М (Россия). Для препаративной колоночной хроматографии использовали пластины с неподвижной фазой Silica gel 60 (Merck). Хлорацетонитрил предварительно перегоняли. N,N'-бис(2,6-диизопропилфенил)формамидин (1a) [45], N,N'-бис- (2,4,6-триметилфенил)формамидин (1b) [45], N,N'-бис(2,6-диметилфенил)формамидин (1c) [46], N,N'-бис(4-бром-2,6-диметилфенил)формамидин (1e) [47], N,N'-бис(2-метилфенил)формамидин (1f) [45], N,N'-бис(4-метоксифенил)- формамидин (1g) [48], N,N'-дифенилформамидин (1h) [45] и N,N'-бис(2,6-дифторфенил)формамидин (1i) [49] получены в соответствии с методиками, описанными в литературе. Остальные исходные вещества и соединения 4 и 5, использовавшиеся для построения калибровочных графиков в хроматографических анализах, коммерчески доступны. Для синтеза медных комплексов 7а–с использовали оксид меди (I) квалификации “ч. д. а.” (99.9%, ТУ 6-09-765-76).

N,N'-Бис[4-(дифенилметил)-2,6-диметилфенил]формамидин 1d. Смесь 2,6-диметил-4- (дифенилметил)анилина (2.87 г, 10 ммоль), триэтилортоформиата (0.74 г, 5 ммоль) и трифторуксусной кислоты (57 мг, 0.5 ммоль) перемешивали при кипячении с обратным холодильником в течение 1 ч. Затем отсоединяли обратный холодильник, упаривали этанол и перемешивали реакционную смесь при 140°С в течение 2 ч, после чего охлаждали до комнатной температуры и разбавляли н-гексаном (30 мл). Выпавший кристаллический осадок отфильтровывали и перекристаллизовывали из смеси хлороформ–гексан (1 : 3). Выход 1.83 г (83%); кристаллы бесцветные, имеют форму призмы; T_пл. = 190–195℃. ¹H ЯМР (300 МГц, CDCl₃, δ, м. д.): 2.31 (с, 12H, 2CH₃), 5.49 (с, 1H, NH), 6.88 (с, 2H, 2СHPh₂), 7.06–7.12 (м, 4H, Ar), 7.21–7.37 (м, 20H, Ar), 13.92 (с, 1H, CH). ¹³C{¹H} NMR (75 MГц, CDCl₃ δ, м. д.): 18.6, 56.4, 126.7, 128.6, 129.5, 130.1, 134.3, 143.3, 144.7. ESI-MS (m/z): 585.3270 [M + H]⁺. Вычислено для C₄₃H₄₁N₂⁺: 585.3265. Найдено, %: C, 88.13; H, 6.82; N, 4.73. Вычислено для C₄₃H₄₀N₂, %: C, 88.32; H, 6.89; N, 4.79.

Исследование влияния условий реакции 1a,f с хлорацетонитрилом на выход 2а,f. Осторожно, реакция идет под давлением! Смесь соединения 1a,f (0.182 г, 0.5 ммоль) с хлорацетонитрилом (табл. 1) и, при необходимости, соответствующий растворитель (1 мл, табл. 1) и катализатор (30 мол. %, табл. 1) перемешивали при заданной температуре в течение необходимого времени (табл. 1, схема 1) в стеклянной пробирке высокого давления, закрытой завинчивающейся тефлоновой пробкой. Затем смесь упаривали в вакууме, полученную массу растворяли в ацетонитриле, объем раствора доводили до 1 мл. Для анализа реакционной смеси методом ¹Н ЯМР отбирали 600 мкл полученного раствора, к пробе добавляли гексаметилдисилоксан (16 мг, 0.1 ммоль) в качестве внутреннего стандарта, записывали спектр полученного раствора и рассчитывали выход соли 2a,f используя в качестве референтного сигнал протона Н2, представленный дублетом в области δ_H 8.5–10.0 м. д. Для анализа методом ГХ-МС от полученного раствора отбирали пробу (10 мкл), которую смешивали с раствором 0.16 мг (0.001 ммоль) диизопропилбензола (внутренний стандарт) в 1 мл ацетонитрила. Выходы соединений 1f, 4 и 5 (схема 1) определяли, используя калибровочные графики, построенные с использованием растворов ранее полученных образцов соединений 1f, 4 и 5 заданных концентраций. Выход соединения 3 (схема 1) оценивали приблизительно, исходя из допущения равной интенсивности сигналов соединений 3 и 1f при равной концентрации.

Общая методика синтеза соединений 2a–e. Осторожно, реакция идет под давлением! Раствор N,N'-диарилформамидина 1a–e (5 ммоль) в хлорацетонитриле (1.887 г, 25 ммоль) перемешивали при 130°C в течение 6 ч в стеклянной пробирке высокого давления, закрытой завинчивающейся тефлоновой пробкой. Затем избыток хлорацетонитрила отгоняли в вакууме, к остатку прибавляли диэтиловый эфир (20 мл). Выпавший осадок отфильтровывали, промывали эфиром, перекристаллизовывали из ацетонитрила и сушили в вакууме при 100°С.

4-Амино-1,3-бис(2,6-диизопропилфенил)-1H- имидазолий хлорид 2a. Выход 1.83 г (83%); бесцветные кристаллы, имеют форму призмы; T_пл = 317–320℃. ¹H ЯМР (300 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 1.11–1.21 (м, 12H, 2CH(CH₃)₂), 1.25–1.34 (м, 12H, 2CH(CH₃)₂), 2.42–2.56 (м, 4H, 4CH(CH₃)₂), 6.11 (с, 2H, NH₂), 7.14 (д, J 2.0 Гц, 1H, CH), 7.48 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.51 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.60–7.70 (м, 2H, Ar), 9.47 (д, J 2.0 Гц 1H, CH). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 22.5, 23.3, 24.2, 24.5, 28.4, 28.7, 101.9, 124.4, 124.8, 126.7, 130.7, 131.3, 131.5, 131.8, 141.7, 144.9, 145.9. Найдено, %: C, 73.53; H, 8.63; N, 9.49. Вычислено для C₂₇H₃₈ClN₃, %: C, 73.69; H, 8.70; N, 9.55.

4-Амино-1,3-бис(2,4,6-триметилфенил)-1H- имидазолий хлорид 2b. Выход 1.62 г (91%); бесцветные кристаллы, имеют форму призмы; T_пл = 320–323℃. ¹H ЯМР (300 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 2.10 (с, 6H, 2CH₃), 2.14 (с, 6H, 2CH₃), 2.33 (с, 3H, CH₃), 2.35 (с, 3H, CH₃), 5.83 (с, 2H, NH₂), 6.97 (д, J 2.0 Гц, 1H, CH), 7.16 (с, 2H, Ar), 7.19 (с, 2H, Ar), 9.04 (д, J 2.0 Гц, 1H, CH). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 16.7, 17.1, 20.6, 20.7, 101.5, 127.6, 129.2, 129.4, 130.7, 131.5, 134.2, 135.5, 140.1, 140.5, 140.8. Найдено, %: C, 70.79; H, 7.31; N, 11.91. Вычислено для C₂₁H₂₆ClN₃, %: C, 70.87; H, 7.36; N, 11.81.

4-Амино-1,3-бис(2,6-диметилфенил)-1H- имидазолий хлорид 2c. Выход 1.24 г (76 %); бесцветные кристаллы, имеют форму призмы; T_пл. = 293–298℃. ¹H ЯМР (300 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 2.16 (с, 6H, 2CH₃), 2.20 (с, 6H, 2CH₃), 5.90 (с, 2H, NH₂), 7.05 (д, J 2.0 Гц, 1H, CH), 7.37 (т, J 8.4 Гц, 4H, Ar), 7.42–7.53 (м, 2H, Ar), 9.13 (д, J 2.0 Гц, 1H, CH). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 16.8, 17.1, 101.5, 128.8, 128.9, 130.1, 130.5, 130.6, 130.9, 134.0, 134.6, 135.9, 140.7. Найдено, %: C, 69.53; H, 6.70; N, 12.75. Вычислено для C₁₉H₂₂ClN₃, %: C, 69.61; H, 6.76; N, 12.82.

4-Амино-1,3-бис[4-(дифенилметил)-2,6-диметилфенил]-1H-имидазолий хлорид 2d. Выход 2.37 г (72 %); бесцветные кристаллы, имеют форму призмы; T_пл. = 210–214℃. ¹H ЯМР (300 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 2.08 (c, 6H, 2CH₃), 2.12 (c, 6H, 2CH₃), 5.66 (c, 2H, 2CH(Ph)₂), 5.84 (уш. с, 2H, NH₂), 7.03 (д, J 2.0 Гц, 1H, CH), 7.14–7.22 (м, 10H, Ar), 7.24–7.28 (м, 4H, Ar), 7.31–7.36 (м, 10H, Ar), 8.98 (д, J 2.0 Гц, 1H, CH). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 16.9, 17.3, 55.5, 101.4, 126.50, 126.53, 128.47, 128.50, 129.0, 129.1, 134.6, 135.8, 140.6, 143.0, 143.2, 146.5. Найдено, %: C, 81.74; H, 6.38; N, 6.31. Вычислено для C₄₅H₄₂ClN₃, %: C, 81.86; H, 6.41; N, 6.36.

4-Амино-1,3-бис(4-бром-2,6-диметилфенил)- 1H-имидазолий хлорид 2e. Выход 1.32 г (55 %); бесцветные кристаллы, имеют форму призмы; T_пл. = 231–235℃. ¹H ЯМР (300 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 2.14 (с, 6H, 2CH₃), 2.18 (с, 6H, 2CH₃), 5.95 (уш. с, 2H, NH₂), 7.04 (д, J 1.9 Гц, 1H, CH), 7.64 (с, 2H, Ar), 7.68 (с, 2H, Ar), 9.02 (д, J 2.0 Гц, 1H, CH). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 17.0, 17.4, 126.3, 131.0, 131.7, 132.0, 136.6, 137.8, 139.1 (некоторые сигналы Cаром перекрываются). Найдено, %: C, 46.90; H, 4.23; N, 8.72. Вычислено для C₁₉H₂₀Br₂ClN₃, %: C, 46.99; H, 4.15; N, 8.65.

4-Ацетиламино-1,3-бис(2,6-диизопропилфенил)-1H-имидазолий хлорид 6a. Смесь соединения 2a (0.44 г, 1 ммоль) и уксусного ангидрида (3 г, 0.03 моль) перемешивали при 120°С и в течение 2 ч в стеклянной пробирке высокого давления, закрытой завинчивающейся тефлоновой пробкой. Затем охлаждали до комнатной температуры и добавляли 0.3 мл воды, вновь нагревали при 100°С и перемешивании в течение 10 мин для разрушения избытка Ac₂O, после чего летучие компоненты отгоняли в вакууме. Полученный остаток обрабатывали горячим бензолом (5 мл). Выпавший осадок отфильтровывали, промывали бензолом, перекристаллизовывали из смеси CH₂Cl₂–гексан и сушили в вакууме при 100°С. Выход 333 мг (69%); бесцветные кристаллы, имеют форму призмы; T_пл. = 188–192℃. ¹H ЯМР (300 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 1.13 (д, J 6.8 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.16 (д, J 6.8 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.26 (д, J 6.8 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.28 (д, J 6.7 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 2.04 (с, 3H, NHCH₃), 2.35 (квинт, J 6.8 Гц, 2H, 2CH(CH₃)₂), 2.42 (квинт, J 6.8 Гц, 2H, 2CH(CH₃)₂), 7.50 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.53 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.66 (т, J 7.8 Гц, 1H, Ar), 7.70 (т, J 7.8 Гц, 1H, Ar), 8.36 (д, J 1.8 Гц, 1H, CH), 9.96 (д, J 1.9 Гц, 1H, CH), 10.64 (с, 1H, NH). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 22.5, 22.6, 23.2, 24.2, 24.6, 28.6, 28.8, 115.4, 124.6, 124.9, 126.6, 130.2, 131.5, 131.8, 132.2, 135.3, 144.8, 145.8, 169.2. Найдено, %: C, 72.39; H, 8.42; N, 8.67. Вычислено для C₂₉H₄₀ClN₃O, %: C, 72.25; H, 8.36; N, 8.72.

Общая методика синтеза соединений 6b,c. Раствор соединения 2а (0.44 г, 1 ммоль) и соответствующего хлорангидрида (1.3 ммоль) в пиридине (3 мл) перемешивали при 120°С в течение 2 ч в стеклянной пробирке высокого давления, закрытой завинчивающейся тефлоновой пробкой. Затем смесь упаривали в вакууме (досуха!), к остатку прибавляли воду (2 мл) и полученную смесь кипятили в течение 10 мин, затем охлаждали до комнатной температуры. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой, перекристаллизовывали из 2-пропанола и сушили в вакууме при 100°С.

1,3-Бис(2,6-диизопропилфенил)-4-(триметилацетил)амино-1H-имидазолий хлорид 6b. Выход 432 мг (82%); бесцветные кристаллы иглообразной формы; T_пл. = 219–222°С. ¹H ЯМР (300 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 0.89 (с, 9H, C(CH₃)₃), 1.07 (д, J 6.9 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.20 (д, J 6.9 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.28 (д, J 6.8 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.32 (д, J 6.6 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 2.37–2.48 (м, 2H, 2 CH(CH₃)₂, накладывается на сигнал ДМСО-d₆), 2.52–2.61 (м, 2H, 2 CH(CH₃)₂, накладывается на сигнал ДМСО-d₆), 7.44 (д, J 7.9 Гц, 2H, Ar), 7.54 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.61 (т, J 7.8 Гц, 1H, Ar), 7.69 (т, J 7.8 Гц, 1H, Ar), 8.55 (д, J 1.8 Гц, 1H, CH), 9.92 (с, 1 H, NH), 10.15 (д, J 1.8 Гц, 1H, CH). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 22.6, 23.9, 24.6, 26.1, 26.9, 29.1, 39.0, 121.4, 124.8, 125.1, 127.42, 127.47, 130.7, 131.9, 132.3, 138.3, 143.0, 145.3, 145.7, 146.3, 179.1. Найдено, %: C, 73.19; H, 8.79; N, 8.10. Вычислено для C₃₂H₄₆ClN₃O, %: C, 73.32; H, 8.85; N, 8.02.

1,3-Бис(2,6-диизопропилфенил)-4-(4-метилбензоил)амино-1H-имидазолий хлорид 6c. Выход 371 мг (66%); бесцветные кристаллы иглообразной формы; T_пл. = 261–267°С. ¹H ЯМР (300 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 1.12 (д, J 6.9 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.22 (д, J 6.8 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.30 (т, J 6.8 Гц, 12H, 2CH(CH₃)₂), 2.33 (с, 3H, CH₃), 2.43–2.47 (м, 2H, 2CH(CH₃)₂, накладывается на сигнал ДМСО-d₆), 2.52–2.66 (м, 2H, CH(CH₃)₂), 7.29 (д, J 7.9 Гц, 2H, Ar), 7.43 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.55 (д, J 7.9 Гц, 2H, Ar), 7.58 (т, J 7.7 Гц, 1H, Ar), 7.65–7.73 (м, 3H, Ar), 8.60 (д, J 1.6 Гц, 1H, CH), 10.15 (д, J 1.7 Гц, 1H, CH), 10.95 (с, 1H, NH). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, ДМСО-d₆, δ, м. д.): 21.0, 22.5, 23.4, 24.1, 25.2, 28.7, 28.7, 120.4, 124.6, 124.7, 127.0, 127.9, 128.9, 129.2, 130.3, 131.3, 131.9, 137.5, 143.2, 144.9, 145.7, 166.6 (некоторые сигналы Cаром перекрываются). Найдено, %: C, 75.23; H, 7.89; N, 7.58. Вычислено для C₃₅H₄₄ClN₃O, %: C, 75.31; H, 7.95; N, 7.53.

Общая методика синтеза комплексов 7a–c. Синтез проводили в атмосфере аргона. Смесь соединения 6a–c (0.2 ммоль) и Cu₂O (16 мг, 0.11 ммоль) в 1,4-диоксане (3 мл) перемешивали при 100°С в течение 16 ч в стеклянной пробирке высокого давления, закрытой завинчивающейся тефлоновой пробкой. Затем нерастворимый осадок отделяли центрифугированием, растворитель отгоняли в вакууме, остаток целевого продукта хроматографировали на колонке с силикагелем (элюент CH2Cl2).

[4-Ацетиламино-1,3-бис(2,6-диизопропилфенил)-1,3-дигидро-2H-имидазол-2-илиден](хлоро)- медь 7a. Выделенный продукт перекристаллизован из смеси CH₂Cl₂–гексан, выход 45 мг (83%); бесцветные кристаллы, имеют форму призмы. ¹H ЯМР (300 МГц, CDCl₃, δ, м. д.): 1.18–1.34 (м, 24H, 4CH(CH₃)₂), 2.07 (с, 3H, CH₃), 2.46–2.69 (м, 4H, 4CH(CH₃)₂), 6.83 (с, 1H, NH), 7.28 (д, J 9.6 Гц, 2H, Ar, перекрывается с остаточным сигналом CDCl₃), 7.39 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.47 (т, J 7.8 Гц, 1H, Ar), 7.55 (с, 1H, CH), 7.60 (т, J 7.8 Гц, 1H, Ar). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, CDCl₃, δ, м. д.): 23.2, 23.8, 24.0, 24.9, 25.2, 28.8, 29.0, 111.0, 124.3, 125.3, 129.3, 129.6, 130.7, 132.0, 134.8, 145.7, 147.0, 166.1. Найдено, %: C, 63.86; H, 7.18; N, 7.68. Вычислено для C₂₉H₃₉ClCuN₃O, %: C, 63.95; H, 7.22; N, 7.72.

[1,3-Бис(2,6-диизопропилфенил)-4-(триметилацетил)амино-1,3-дигидро-2H-имидазол-2- илиден](хлоро)медь 7b. Выделенный продукт перекристаллизован из смеси диоксан–циклогексан, выход 47 мг (80%); бесцветные кристаллы, имеют форму призмы. ¹H ЯМР (300 МГц, CDCl₃, δ, м. д.): 1.08 (с, 9H, C(CH₃)₃), 1.19–1.27 (м, 12H, 2CH(CH₃)₂), 1.28–1.35 (м, 12H, 2CH(CH₃)₂), 2.45–2.70 (м, 4H, 4CH(CH₃)₂), 6.90 (с, 1H, NH), 7.29 (д, J 7.9 Гц, 2H, Ar), 7.40 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.44–7.53 (м, 2H, Ar), 7.61 (т, J 7.8 Гц, 1H, Ar). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 23.6, 24.1, 25.0, 25.3, 27.3, 28.8, 29.0, 39.4, 110.3, 124.3, 125.3, 129.0, 129.6, 130.7, 132.1, 134.9, 145.8, 146.9, 174.3 (два Саром накладываются). Найдено, %: C, 65.42; H, 7.78; N, 7.20. Вычислено для C₃₂H₄₅ClCuN₃O, %: C, 65.51; H, 7.73; N, 7.16.

[1,3-Бис(2,6-диизопропилфенил)-4-(4-метилбензоил)амино-1,3-дигидро-2H-имидазол-2-илиден](хлоро)медь 7c. Выделенный продукт перекристаллизован из смеси CH₂Cl₂–циклогексан, выход 26 мг (42%); бесцветные кристаллы, имеют форму пластинок. ¹H ЯМР (300 МГц, CDCl₃, δ, м. д.): 1.20 (д, J 6.9 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.26 (д, J 6.9 Гц, 6H, CH(CH₃)₂), 1.29–1.35 (м, 12H, 2CH(CH₃)₂), 2.38 (с, 3H, CH₃), 2.52–2.76 (м, 4H, 4CH(CH₃)₂), 7.22 (д, J 8.1 Гц, 2H, Ar), 7.30 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.33–7.40 (м, 3H, Ar), 7.44 (д, J 7.8 Гц, 2H, Ar), 7.46–7.53 (м, 1H, Ar), 7.59–7.70 (м, 2H, Ar). ¹³C{¹H} ЯМР (75 МГц, CDCl₃, δ, м. д.): 21.7, 23.7, 24.1, 25.0, 25.3, 28.9, 29.0, 110.8, 124.3, 125.4, 126.8, 129.10, 129.12, 129.8, 130.0, 130.7, 132.1, 134.9, 144.0, 145.8, 147.0, 162.8. Найдено, %: C, 67.59; H, 6.92; N, 6.83. Вычислено для C₃₅H₄₃ClCuN₃O, %: C, 67.72; H, 6.98; N, 6.77.

Рентгеноструктурное исследование. Монокристаллы соединения 7a получены кристаллизацией из раствора 7а (10 мг) в хлористом метилене (1 мл) в парах н-гексана при комнатной температуре (виала с раствором 7а помещалась в закрытый эксикатор, в котором содержалась емкость с 5 мл н-гексана). Основные кристаллографические данные приведены в табл. 2. Данные рентгеновской дифракции (табл. 2) собраны при 100 К на дифрактометре Bruker Quest D8, оснащенном площадным детектором Photon-III (графитовый монохроматор, техника беззатворного ω-сканирования), с использованием MoK_α-излучения. Данные об интенсивности интегрированы с помощью программы SAINT [50] и скорректированы на поглощение и распад с помощью программы SADABS [51]. Структура расшифрована прямыми методами с помощью программы SHELXT [52] и уточнена по F² с помощью программы SHELXL-2018 [53]. Положения всех неводородных атомов уточнены с индивидуальными параметрами анизотропного смещения. Положения атомов водорода, связанных с атомами азота (H3A, H6A), уточнялись с индивидуальными параметрами изотропного смещения, их положения находились по карте разности электронной плотности. Все остальные атомы водорода были помещены в идеальные расчетные положения и уточнены в модели наездника с параметрами относительного изотропного смещения. Для молекулярной графики использовался пакет программ Mercury [54].

 

Таблица 2. Кристаллографические данные и параметры уточнения для структуры соединения 7a

Параметр	Значение
Брутто-формула	C29H39ClCuN3O
Молекулярная масса	544.62
Сингония	Триклинная
Пространственная группа	P $\overline{1}$
a, Å	11.1690(2)
b, Å	14.9913(3)
c, Å	19.0634(4)
α, град.	99.6037(7)
β, град.	105.8130(7)
σ, град.	104.4087(7)
V, Å3	2878.70(10)
Z	4
dвыч, г см–3	1.257
F(000)	1152
μ, мм–1	0.876
Rint	0.0881
θмин/θмакс, град.	1.993/33.114
Количество измеренных отражений	110798
Количество независимых отражений	21929
Количество отражений с I > > 2σ (I)	13346
Количество уточняемых параметров	666
R1/wR2 (I > 2σ (I))	0.0481/0.0925
S	1.008
Δρмакс /Δρмин, ēÅ–3	0.583/–0.727
Номер депонирования CCDC	2309709

 

Таблицы координат атомов, длин связей, валентных и торсионных углов и анизотропных температурных параметров соединения 7a депонированы в Кембриджский банк структурных данных, номер депонирования CCDC 2309709, и доступны онлайн www.ccdc.cam.ac.uk/structures/.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана методика синтеза ранее недоступных хлоридов 4-амино-1,3-диарилимидазолия на основе реакции хлорацетонитрила с N,Nʹ-диарилформамидинами. Показано, что эта реакция очень чувствительна к структуре диарилформамидина: с препаративными выходами ее удалось провести только с участием формамидинов, содержащих алкильные заместители в положениях 2 и 6 N-арильных групп. Низкая селективность реакций остальных N,Nʹ-диарилформамидинов, по-видимому, связана с их меньшей нуклеофильностью, обусловленной особенностями гео- метрии молекул, либо отрицательным индуктивным эффектом атомов галогена в арильных ядрах. Показана возможность постфункционализации хлоридов 4-амино-1,3-диарилимидазолия путем ацилирования аминогруппы, а также их использование в качестве предшественников N-гетероциклических карбенов в синтезе комплексов Cu/NHC после предварительной защиты аминогруппы ацилированием.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность академику Российской академии наук В.П. Ананикову за плодотворное обсуждение результатов работы и ценные замечания. Также авторы благодарят ЦКП “Нанотехнологии” ЮРГПУ(НПИ) и ЦКП ИОХ РАН за проведение аналитических экспериментов.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-73-00088, https://rscf.ru/project/23-73-00088/).

СОБЛЮДЕНИЕ СТАНДАРТОВ РАБОТЫ С ЖИВОТНЫМИ

Настоящая статья не содержит описания исследований с использованием в качестве объектов животных и людей.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в финансовой или какой-либо иной сфере.

About the authors

M. A. Shevchenko

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Email: chern13@yandex.ru
Russian Federation, 346428, Novocherkassk

D. V. Pasyukov

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Email: chern13@yandex.ru
Russian Federation, 346428, Novocherkassk

I. V. Lavrentiev

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Email: chern13@yandex.ru
Russian Federation, 346428, Novocherkassk

M. E. Minyaev

N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: chern13@yandex.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

V. M. Chernyshev

Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)

Author for correspondence.
Email: chern13@yandex.ru
Russian Federation, 346428, Novocherkassk

References

Supplementary files