Microsoft Word - European_Journal_of_Chemistry_1_3_2010_232_235_112


European Journal of Chemistry 1 (3) (2010) 232‐235 

 
European Journal of Chemistry 

ISSN 2153‐2249 (Print) / ISSN 2153‐2257 (Online)  2010 EURJCHEM 
DOI:10.5155/eurjchem.1.3.232‐235.112 

   

 

European Journal of Chemistry 
Journal homepage: www.eurjchem.com 

 
     

DABCO as an efficient catalyst  for  the synthesis of 3‐cyano‐2(1H)‐pyridinones 
and their 2‐imino analogues 

Yahia Shirazi Beheshtia, Maliheh Khorshidi, Majid Momahed Heravi* and Bita Baghernejad 

Department of Chemistry, School of Science, Azzahra University, Vanak, Tehran, IR19569, Iran 

*Corresponding author at: Department of Chemistry, School of Science, Azzahra University, Vanak, Tehran, IR19569, Iran. Tel.: +982188041344;  
fax: +982188047861. E­mail address: mmh1331@yahoo.com (M.M. Heravi). 

 
 

   

     
COMMUNICATION INFORMATION    ABSTRACT
Received: 17 May 2010 
Received in revised form: 7 June 2010 
Accepted: 8 July 2010 
Online: 30 September  2010 

KEYWORDS 

  3‐cyano‐2(1H)‐pyridinones  and  their  2‐imino  analogues  have  been  synthesized  in  good 
yields via a one‐pot multi–component reaction of 3,4‐dimethoxyacetophenone, malononitrile 
or ethylcyanoacetate, ammonium acetate and various aldehydes in the presence of  1,4‐diaza‐
bicyclo[2,2,2]octane (DABCO)  in ethanol. DABCO has been widely used as a catalyst  for  the 
organic reactions and we selected it as an efficient catalyst to synthesis of 3‐cyano‐pyridines. 
All products were characterized by melting point, IR, 1H NMR and GC/MS studies. 

1,4‐Diaza‐bicyclo[2,2,2]octane  
Cyano‐2(1H)‐pyridinones 
Cyano‐2(1H)‐iminopyridines 
3,4‐Dimethoxyacetophenone 
DABCO 
Catalyst 

 
1. Introduction 
 

Heteroaromatic rings containing nitrogen atoms often play 
important  roles  as  the  heteroaromatics  incorporated  into  the 
structure of many pharmaceuticals. Therefore, development of 
efficient procedures towards functionalized pyridines is a quite 
attractive target for organic synthesis. 3‐Cyano‐pyridines are of 
interest as  they are used as  intermediates  for  the synthesis of 
variety  of  heterocyclic  compounds  [2‐4].  The  formation  of  2‐
oxo‐ and 2‐iminopyridine derivatives were assumed to proceed 
via  the  Michael  condensation  of  ethyl  cyanoacetate  or 
malononitrile  with  α,  β‐unsaturated  ketone,  initially  formed 
from  the  reaction  of  the  aldehyde  with  acetophenone  [5]. 
Alternatively, the formation of 2‐iminopyridines was explained 
by the initial formation of the arylidene malononitrile from the 
aldehyde and malononitrile followed by its subsequent reaction 
with  acetophenone  [5,6].  Many  of  the  standard  procedures 
require  either  longer  reaction  times  or  in  some  cases,  lead  to 
the mixtures of products and resulted in low yields. In view of 
the  emerging  importance  of  3‐cyano‐pyridines,  there  still  is  a 
need  to  introduce  new  methods  for  the  synthesis  of  these 
compounds  using  more  efficient,  convenient  and  green 
conditions  even  safer  precursors.  In  this  context,  multi 
component reactions (MCRs) have played an important role in 
these  processes  [7].  MCRs  in  which  at  least  three  starting 
materials  react  together  in  one  pot  to  give  a  product,  is  in 
contrast  to  classical  multi‐step  reactions,  where  only  two 
starting materials  react. Whenever  an MCR  can  be  applied  in 
chemistry,  this  is preferred since  it  is  easier  to perform, gives 
higher  yields  and  is  less  time  consuming  [8].  Therefore,  we 
decided to use MCR for the synthesis of 3‐cyano‐pyridines. We 
wish to introduce this procedure as a mild, practical and highly 
efficient reaction for the preparation of these compounds using 

1,4‐diaza‐bicyclo[2,2,2]octane  (DABCO)  as  a  catalyst  under 
refluxing conditions (Scheme 1). 
 

Scheme 1 
 
2. Experimental 
 

All the chemicals were obtained from Merck Company and 
used as received. All products are known compounds and were 
characterized  by  mp,  IR,  1H  NMR  and  GC/MS.  Melting  points 
were  measured  by  using  the  capillary  tube  method  with  an 
electro  thermal  9200  apparatus.  1H  NMR  spectra  were 
recorded  on  a  Bruker  AQS  AVANCE‐300  MHz  spectrometer 
using TMS as an internal standard (CDCl3 solution).  IR spectra 
were  recorded  from KBr disk on  the FT‐IR Bruker Tensor 27. 
GC/MS spectra were recorded on an Agilent Technologies 6890 
network  GC  system  and  an  Agilent  5973  network  Mass 
selective  detector.  Thin  layer  chromatography  (TLC)  on 
commercial aluminum‐packed plates of silica gel, 60 F254 was 
used to monitor the progress of reactions.   
 
2.1. Typical procedure for preparation of 4­aryl(alkyl)­6­
(3,4­dimethoxyphenyl)­3­cyano­2(1H)­iminopyridines (5a­e) 

 
A  mixture  of  3,4‐dimethoxyacetophenone  (1  mmol), 

malononitrile  (1  mmol),  the  appropriate  aldehyde  (1  mmol), 
ammonium acetate (8 mmol) and DABCO (5mol %) in ethanol 



Beheshtia et al. / European Journal of Chemistry 1 (3) (2010) 232­235  233 
 

 
 

  
Table 1. Synthesis of 3‐cyanopyridines derivatives catalyzed by DABCO. 

Entry  R  X  Z  Product  Time (h) 
Yield (%)a 

         25˚C                     45˚C                     78˚C 
1  -CH3 CN  NH  5a  2  45  65  87 

2 
 

CN  NH  5b  2  45  70  91 

3 
 

CN  NH  5c  2  40  68  90 

4 
 

CN  NH  5d  2  45  72  88 

5  CN  NH  5e  2  50  71  89 

6  -CH3 COOEt  O  6a  2  45  65  88 

7 
 

COOEt  O  6b  2  45  72  94 

8 
 

COOEt  O  6c  2  40  70  90 

9 
 

COOEt  O  6d  2  45  72  88 

10  COOEt  O  6e  2  50  75  89 

aYield of isolated products. 
 
 
(5 mL) was  refluxed  for  2h.  the mixture was  cooled  to  room 
temperature and  the precipitated products were separated by 
filtration  then    washed  successively  with  water,  dried  and 
crystallized.  
 
2.1.2. Typical procedure for preparation of 4­aryl(alkyl)­6­
(3,4­dimethoxyphenyl)­3­cyano­2(1H)­pyridinones (6a­e) 
 

The  foregoing  method  was  carried  out  except  that 
malononitrile  was  replaced  by  ethyl  cyanoacetate  (Table  1, 
entries 6‐10). Selected physical data:  

5a: M.p.:  213  ºC  (Lit.  212‐214  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
3513, 3420, 2218. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 3.65 (s, 
3H, 3‐OCH3), 3.77 (s, 3H, 4‐OCH3), 7.22–7.63 (m, 9H, aromatic), 
10.48 (brs, 1H, NH), 10.57 (brs, 1H, NH). MS: m/z = 331 (M+). 

5b: M.p.:  207  ºC  (Lit.  203‐207  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
3467, 3340, 2225. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 3.75 (s, 
3H, 3‐OCH3), 3.89 (s, 3H, 4‐OCH3), 7.18–7.68 (m, 8H, aromatic), 
10.51 (brs, 1H, NH), 10.62 (brs, 1H, NH). MS: m/z = 365 (M+). 

5c: M.p.:  202  ºC  (Lit.  205‐207  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
3428, 3345, 2246. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 3.85 (s, 
3H, 3‐OCH3), 3.91 (s, 3H, 4‐OCH3), 7.12–7.58 (m, 8H, aromatic), 
9.86 (brs, 1H, NH), 9.98 (1H, OH), 10.65 (brs, 1H, NH). MS: m/z 
= 347 (M+). 

5d: M.p.:  167  ºC  (Lit.  165‐167  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
3429, 3365, 2216. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 3.61 (s, 
3H,  3‐OCH3),  3.94  (s,  3H,  4‐OCH3),  3.96  (s,  3H),  7.32–7.88  (m, 
8H, aromatic), 10.51 (brs, 1H, NH), 10.62 (brs, 1H, NH). MS: m/z 
= 361 (M+). 

5e: M.p.:  194  ºC  (Lit.  190‐192  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
3461, 3310, 2220. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 2.96 (s, 
3H),  3.82  (s,  3H,  3‐OCH3),  3.93  (s,  3H,  4‐OCH3),  7.35–7.63  (m, 
4H, aromatic), 10.51 (brs, 1H, NH), 10.62 (brs, 1H, NH). MS: m/z 
= 269 (M+). 

6a: M.p.:  285  ºC  (Lit.  287‐289  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
3330, 2228, 1641. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 3.89 (s, 
3H, 3‐OCH3), 4.01 (s, 3H, 4‐OCH3), 7.09–7.52 (m, 9H, aromatic), 
12.51 (brs, 1H, NH). MS: m/z = 332 (M+). 

6b: M.p.:  295  ºC  (Lit.  292‐294  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
3425, 2220, 1638. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 3.78 (s, 
3H, 3‐OCH3), 3.94 (s, 3H, 4‐OCH3), 7.11–7.63 (m, 8H, aromatic), 
11.92 (brs, 1H, NH). MS: m/z = 366 (M+). 

6c: M.p.: 311 ºC (Lit. >300 [21]). IR (KBr) (νmax, cm−1): 3328, 
2200, 1658. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 3.92 (s, 3H, 3‐
OCH3), 4.06 (s, 3H, 4‐OCH3), 7.10–7.58 (m, 8H, aromatic), 11.13 
(1H, OH), 12.65 (brs, 1H, NH). MS: m/z = 348 (M+). 

6d: M.p.:  266  ºC  (Lit.  262‐264  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
3354, 2238, 1642. 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 3.79 (s, 
3H, 3‐OCH3), 3.84 (s, 3H, 4‐OCH3), 3.96 (s, 3H),   7.22–7.68 (m, 
8H, aromatic), 11.96 (brs, 1H, NH). MS: m/z = 362 (M+). 

6e: M.p.:  255  ºC  (Lit.  255‐257  [21]).  IR  (KBr)  (νmax,  cm−1): 
1670, 2220, 3320.1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δH (ppm): 2.43 (s, 
3H, CH3), 3.75 (s, 3H, 3‐OCH3), 3.89 (s, 3H, 4‐OCH3), 7.01–7.49 
(m, 4H, aromatic), 12.05 (brs, 1H, NH). MS: m/z = 270 (M+). 
 
3. Results and Discussion  
 

DABCO has been widely used  as  a  catalyst  for  the Baylis–
Hillman reactions [9]. It has also been reported as a catalyst for 
acceleration  of  benzoylation  reactions  [10].  DABCO  has  been 
applied  for  the  synthesis  of  zeolite  as  a  structure  directing 
agent [11] and can catalyze the self and cross‐condensation of 
α‐acethylenic  ketones  [12].  Furthermore,  it  was  used  to 
catalyze the coupling of α‐ketoesters with acrylonitrile [13] and 
for  the  dimerization  of  α,  β‐unsaturated  ketones  and  nitriles 
[14].  In  connection  with  our  recent  interest  aimed  at  the 
development  of  efficient  protocols  for  the  preparation  of 
biological  active  heterocycles  [15‐18],  herein,  we  selected 
DABCO  as  a  catalyst  to  synthesis  of  3‐cyano‐pyridines.  The 
reaction  of  various  aldehydes,  3,4‐dimethoxyacetophenone, 
ammonium acetate and ethyl cyanoacetate or malononitrile  in 
the  presence  of  DABCO  in  ethanol  afforded  4‐alkyl(aryl)‐3‐
cyano‐2(1H)‐iminopyridines  and  2(1H)‐pyridinones  in  good 
yields  (Table 1).  The  reaction  times  are  considerably  reduced 
with  improved  yields  as  compared  to  other  procedures.  The 
amount  of  ammonium  acetate  was  adjusted  to  get  the 
maximum yield of the products. By carrying out reactions with 
different amounts of ammonium acetate, it has been found that 
8 mmol of the ammonium acetate furnished the maximum yield 
for  1  mmol  of  the  reactants.  When  ethyl  cyanoacetate  was 
involved  instead  of  malononitrile,  the  corresponding  2‐1H‐
pyridone  was  obtained  in  good  yield  (Table  1,  entries  6‐10). 
The  title  compounds  were  characterized  on  the  basis  of 
analytical,  spectral  data  and  by  comparison  with  authentic



234  Beheshtia et al. / European Journal of Chemistry 1 (3) (2010) 232­235 
 

 

Scheme 2 

 
samples.  For  the  aldehyde  component,  not  only  aromatic  but 
also aliphatic aldehydes proceeded well (Table 1, entries 1, 6). 

The  reaction was  conducted with  various  solvents  for  the 
synthesis of 5b using DABCO as a catalyst. As shown in Table 2, 
the  performance  of  various  solvents  are  in  the  following  the 
order:  ethanol  >  acetonitrile  >  ethyl  acetate  >  THF  > 
dichloromethane.  Ethanol  provided  better  yields  compared  to 
other solvents. In addition, the time required for completion of 
the reaction was found to be less in ethanol.  
 
Table 2. Synthesis of 5b with DABCO in the presence of different solvents. 
Entry  Solvent  Temperature  Time(h)  Yield(%)a 
1  Ethanol  reflux  3  91
2  acetonitrile  reflux  3  84
3  ethyl acetate  reflux  4  82
4  THF  reflux  4  78
5  dichloromethane  reflux  6  65
aYield of isolated products. 
 

The  effect  of  temperature  in  ethanol  as  a  solvent  was 
studied by carrying out the reactions at different temperatures 
[room  temperature  (25  oC),  45  oC  and  under  refluxing 
temperature  (78  oC)].  As  shown  in  Table  1,  the  yields  of 
reactions  increased  as  the  reaction  temperature  was  raised. 
From  these  results,  it was decided  that  refluxing  temperature 
would  be  the  best  temperature  for  all  reactions.  The  reaction 
proceeds  very  cleanly  under  reflux  condition  and  free  of  side 

products. The reasonable mechanism for this reaction has been 
suggested in Scheme 2. 

The  first  step  may  involve  condensation  reaction  of 
malononitrile  or  ethyl  cyanoacetate  with  the  aromatic 
aldehyde,  followed  by  attack  of  9  to  this  intermediate  which 
after  a  cyclization  give  intermediate  12.  Following  oxidative 
dehydrogenation by O2 [19], the desired heterocyclic product 5 
is  obtained. DABCO probably  induces polarization of  carbonyl 
group  in  keton 1.  Then  nucleophilic  attack  of  the  nitrogen  of 
ammonia  obtained  from  ammonium  acetate,  on  activated 
carbonyl, results the  formation of  imino keone 8. To show the 
merits  and  advantages  of  using  DABCO  as  a  catalyst,  our 
method  is  compared  with  reported  reactions  (Table  3).  The 
reaction results without catalyst decrease and the reaction time 
increases.  
 
Table  3.  Comparision  of  various  catalysts  for  the  synthesis  of                               
3‐cyanopyridines (5b, 6b). 
Entry  Product  Catalyst  Time  Yield(%)  Ref.
1 5b none 6h  33  20
2 5b H14[NaP5W30O110]  3h  90  21

3  5b  DABCO  2h  91  This 
article

4 6b none 6h  33  20
5 6b H14[NaP5W30O110]  3h  93  21

6  6b  DABCO  2h  94  This 
article 

 



Beheshtia et al. / European Journal of Chemistry 1 (3) (2010) 232­235  235 
 

 
 

 
4. Conclusions 
 

In  summary,  this method not only  affords  the products  in 
excellent  yields  but  also  avoids  the  problems  associated with 
catalyst  cost,  handling,  safety  and  pollution.  This  catalyst  can 
act  as  eco‐friendly  for  a  variety  of  organic  transformations, 
non‐volatile,  recyclable,  non‐explosive,  easy  to  handle  and 
thermally  stable.  In  view  of  the  emerging  importance  of  the 
catalyst, we have  explored DABCO as  a  recyclable  catalyst  for 
the  synthesis  of  4‐alkyl(aryl)‐3‐cyano‐2(1H)‐iminopyridines 
and 2(1H)‐pyridinones. 

 
References 
 
[1]. Roth, H. J.; Kleemann, A. Pharmaceutical Chemistry; Eds.; Vol. 1: Drug 

Synthesis; John Wiley & Sons: New York, 1988. 
[2]. Doe, K.; Avasthi, K.; Pratap, R.; Bakuni, D. S.; Joshi, M. N. Indian. J. Chem. 

1990, 29, 459‐463. 
[3]. Shishoo,  C.  J.;  Devani,  M.  B.;  Bhadti,  V.  S.;  Ananthan,  S.;  Ullas,  G.  V.  

Tetrahedron Lett. 1983, 24, 4611‐4612. 
[4]. Barili, P. L.; Biagi, G.; Livi, O.; Mucci, L.; Scartoni, V. J. Heterocycl. Chem. 

1987, 24, 997‐1001. 
[5]. Attia, A.; Michael, M. Pharmazie. 1982, 37, 551‐553. 
[6]. Kambe, S.; Saito, K. Synthesis. 1980, 5, 365‐368. 
[7]. Domling, A.; Ugi, I. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3168‐3210. 
[8]. Domling, A. Comb. Chem. 1998, 1, 1‐22. 
[9]. Pan. J. F.;   Chen, K. Tetrahedron Lett. 2004, 45, 2541‐2543. 
[10]. Sheen, W. C.; Lazanov, M. ;  Rejic, O. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 6943‐

6945.   
[11]. Takkewaki,  T.;  Beck,  L.  W.;  Danis,  M.  E.  Micropor.  Mesopor.  Mater. 

1999, 33, 197‐207. 
[12]. Veeraraghavan, P.; Michael, R.; Rudd, T.; Reddy, M. V. R. Tetrahedron 

Lett. 1999, 40, 3819‐3822. 
[13]. Basavaiah, D.; Bharathi, T. K.  ; Gawzeswaie, V. V. L. Tetrahedron Lett. 

1987, 28, 4352‐4651. 
[14]. Basavaiah, D.; Gawriswari; V. V. L.; Baharathine, T. K. Tetrahedron Lett. 

1987, 28, 4591‐4592. 
[15]. Bamoharram, F. F.; Heravi, M. M.; Roshani, M.; Gharib, A.; Jahangir, M. 

Appl. Catal. 2006, 302, 42‐47.  
[16]. Heravi,  M.  M.;    Hekmatshoar,  R.;  Pedram,  L.  J. Mol.  Catal.  A.  Chem. 

2005, 231, 89‐91. 
[17]. Heravi, M. M.; Bakhtiari, K.; Oskooie, H. A. J. Chin. Chem. Soc. 2007, 54, 

579‐581. 
[18]. Heravi, M. M.; Oskooie, H. A.; Baghernejad, B. J. Chin. Chem. Soc. 2007, 

54, 767‐770. 
[19]. Lin,  X.;  Poeppelmeier,  K. R.; Weitz,  E. Appl. Catal. A: Gen. 2010, 381, 

114‐120. 
[20]. Abadi, A.; Al‐Deeb, O.; Al‐Afify, A.; El‐Kashef, H. Farmaco  II 1999, 54, 

195‐201. 
[21]. Heravi,  M.  M.;  Beheshtia,  Y.  S.;  Khorshidi,  M.;  Baghernejad,  B.; 

Bamoharram, F. Chin. J. Chem. 2009, 27, 569‐572.