СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПИРО[3,4]ОКТАН-6-ОЛА Российский патент 2010 года по МПК C07C35/31 C07C29/36 

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, в частности к способу получения спиро[3,4]октан-6-ола формулы (1):

,

Циклоалканолы могут найти применение в тонком органическом синтезе, в частности при получении спиро[3.4]окта-5,7-диена ([1] I.Erden, E.M.Sorenson, A convenient synthesis of spiro[3.4]oct-5,7-diene, Tet.Lett, V.27, 1983, 2731-2732) и диспиро[2.1.3.2.]декана ([2] J.E.Baldwin and R.ShukIa, Two synthesis of dispiro[2.1.3.2.]decane, Org.Lett, 1999, V.1, №7), в производстве лакокрасочных материалов, биологически активных веществ ([3] Pradhan R. Et al. "A synthon approach to spiro compounds". Tetrahedron 62(2006) 779-828, [4] Rice L.M., Grogan C.H. "Spiranes. II. Spiro[3.3]heptane derivatives) и высокоэффективных противозадирных и противоизносных присадок к маслам.

Известен способ ([1] Swanson D.R., Rousset C.J., Negishi E.I., Takahashi Т., Seki Т., Saburi M., Ushida I. Regioselektive and Diastereoselective Alkyl-Alkene and Alkene-Alkene Coupling Promoted by Zirconocene and Hafnocene // J. Org. Chem. 1989, v.54, №15, P.3521-3523) получения транс-3,4-диалкилциклопентан-1-олов взаимодействием цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂) с двукратным избытком алкильных производных лития с последующей последовательной обработкой реакционной массы α-олефинами, окисью углерода (СО) и водой по схеме:

Известным способом не может быть получен спиро[3,4]октан-6-ол формулы (1).

Известен способ ([2] У.М.Джемилев, А.Г.Ибрагимов, Л.О.Хафизова, Р.Р.Гилязев, В.А.Дьяконов. Синтез и превращения металлоциклов. Новый метод синтеза циклопентанолов на основе алюминациклопентанов. Изв. АН. Сер. хим., 2004, №1, 130-133) получения 3-алкилзамещенных циклопентанолов взаимодействием α-олефинов с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ с последующим добавлением этилформиата в присутствии фосфинового комплекса никеля. Целевой продукт получают кислотным гидролизом по схеме:

Известный способ не позволяет получать спиро[3,4]октан-6-ол формулы (1).

Предлагается новый способ получения спиро[3,4]октан-6-ола (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии метиленциклобутана с триэтилалюминием (Et₃Al) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂), взятых в мольном соотношении метиленциклобутан: EtsAl:Cp₂ZrCl₂=10:(10-14):(0.4-0.6), предпочтительно 10:12:0.5, атмосфере аргона при комнатной температуре (20-21°С) и атмосферном давлении в алифатическом растворителе (гексан) в течение 4 ч с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора хлорида меди (CuCl) в эквимольном к Cp₂ZrCl₂ количестве и этилформиата в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃ с последующим перемешиванием реакционной массы при комнатной температуре (20-21°С) в течение 4-6 ч, предпочтительно 5 ч. Общий выход спиро[3,4]октан-6-ола (1) составляет после щелочного (NaOH/H₂O) гидролиза реакционной массы 68-91%. Реакция протекает по схеме:

Спиро[3,4]октан-6-ол (1) образуется только лишь с участием AlEt₃, метиленциклобутана и циркониевого катализатора Cp₂ZrCl₂. В присутствии других соединений алюминия (например, Bu₂ ⁱAlCl, Bu₃ ⁱAl, Bu₂ ⁱAlH, EtAlCl₂, Et₂AlCl), других непредельных соединений (α-олефины, диены, ацетилены) или других катализаторов (например, Zr(acac)₄, ZrCl₄, Cp₂TiCl₂, Pd(acac)₂, Ni(acac)₂, NiCl₂, Fe(acac)₂) целевой продукт (1) не образуется.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ или CuCl больше 6 мол.% по отношению к метиленциклобутану не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора Cp₂ZrCl₂ и CuCl менее 4 мол.% снижает выход спиро[3,4]октан-6-ола (1), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при комнатной температуре (20-21°С). При более высокой температуре (например, 60°С) не наблюдается существенного увеличения выхода целевого продукта, а при меньшей температуре (например, 10°С) снижается скорость реакции.

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения их содержания по отношению к исходному метиленциклобутану не приводит к существенному повышению выхода целевого продукта(1).

Реакции проводили с использованием алифатических растворителей (гексан). В других растворителях (например, эфирных) реакция не идет.

Существенные отличия предлагаемого способа

В известном способе в качестве исходного непредельного соединения используются α-олефины, а в качестве катализатора фосфиновые комплексы Ni, при этом реакционную массу подвергают кислотному гидролизу. В предлагаемом способе в качестве исходного непредельного соединения используется метиленциклобутан, а в качестве катализатора соль одновалентной меди (CuCl), при этом реакционную массу подвергают щелочному гидролизу.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Способ позволяет получать с высокой региоселективностью спиро[3,4]октан-6-ол общей формулы (1).

Способ поясняется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор объемом 50 мл, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 2 мл гексана, 10 ммолей метиленциклобутана, 0.5 ммоля катализатора Cp₂ZrCl₂, при температуре ~0°С 12 ммоля AlEt₃, перемешивают 4 ч при комнатной температуре (20-21°С), затем при температуре -15°С добавляют 0.5 ммоля катализатора CuCl и 36 ммолей этилформиата, перемешивают 5 ч при температуре 20-21°С, реакционную массу гидролизуют водным раствором (8-10%) NaOH. Из органического слоя выделяют спиро[3,4]октан-6-ол с выходом 80%.

Спектральные характеристики спиро[3,4]октан-6-ола (1):

Спектр ЯМР ¹³С (δ, м.д.) спиро[3,4]октан-6-ола (1): 16.4, 34.50, 34.84, 37.63, 45.54, 49.32, 73.16

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл.1.

Таблица 1 № п/п Мольное соотношение :AlEt₃:Cp₂ZrCl₂:HCO₂Et:CuCl, ммоль Общее время реакции, час Выход спиро[3,4]октан-6-ола(1), % 1 2 3 4 1. 10:12:0.5:36:0.5 9 80 2. 10:14:0.5:36:0.5 9 83 3. 10:10:0.5:30:0.5 9 74 4. 10:12:0.6:36:0.6 9 91 5. 10:12:0.4:36:0.4 9 68 6. 10:12:0.5:36:0.5 10 85 7. 10:12:0.5:36:0.5 8 76

Опыты проводили в гексане при комнатной (20-21°С) температуре.

Настоящее изобретение относится к способу получения нового соединения - спиро[3,4]октан-6-ола общей формулы (1), который может найти применение в тонком органическом синтезе, в производстве лакокрасочных материалов, высокоэффективных противозадирных и противоизносных присадок к маслам, а также биологически активных веществ. Способ заключается в том, что метиленциклобутан подвергают взаимодействию с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂) при мольном соотношении метиленциклобутан: AlEt₃:Cp₂ZrCl₂=10:(10-14):(0.4-0.6) в атмосфере аргона при комнатной температуре и атмосферном давлении в гексане в течение 4 ч с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора хлорида меди (CuCl) в эквимольном к Cp₂ZrCl₂ количестве и этилформиата в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃, после чего реакционную массу перемешивают при комнатной температуре с последующим щелочным гидролизом реакционной массы. 1 табл.

Способ получения спиро[3,4]октан-6-ола (1),
,
отличающийся тем, что метиленциклобутан подвергают взаимодействию с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии катализатора цирконацендихлорида
(Cp₂ZrCl₂) при мольном соотношении метиленциклобутан: AlEt₃:Cp₂ZrCl₂=10:(10-14):(0,4-0,6) в атмосфере аргона при комнатной температуре и атмосферном давлении в гексане в течение 4 ч, с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора хлорида меди (CuCl) в эквимольном к Cp₂ZrCl₂ количестве и этилформиата в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃, после чего реакционную массу перемешивают при комнатной температуре, с последующим щелочным гидролизом реакционной массы.