СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИЦИКЛО[4.2.1]НОНА-2,4-ДИЕНОВ Российский патент 2015 года по МПК C07C2/52 B01J31/02 B01J31/22 B01J31/38 C07C13/28 

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, конкретно, к способу получения бицикло[4.2.1]нона-2,4-диенов общей формулы (1):

Указанное соединение относится к классу напряженных энергоемких систем и может найти применение в качестве компонентов высокоэнергетических горючих для воздушно-реактивных ракетных систем (G.W. Burdette, H.R. Lander, J.R. McCoy, J. Energy. 1978, 2, 289), полупродуктов в синтезе современных медицинских препаратов, проявляющих противоопухолевую, противовирусную и другие виды активности (N.A. Petasis, M.A. Patane, Tetrahedron. 1992, 48, 5757).

Известен способ [J.H. Rigby, S.B. Laurent, Z. Kamal, M.J. Heeg Chromium(0)-promoted [6π+2π] cycloadditions of allenes with cycloheptatriene // J. Org. Lett, 2008, V.10, P.5609] получения бицикло[4.2.1]нона-2,4-диена (1) реакцией фотохимического [6π+2π]-циклоприсоединения 1,2-диенов к (η⁶-циклогептатриен)трикарбонилхрому(0):

В ряде случаев описанная реакция проходит с низкой регио- и стереоселективностью, которая, в свою очередь, существенно зависит от стерических и электронных факторов, оказываемых заместителями при алленовой группировке.

Известен способ [Н. Clavier, K.L. Jeune, I. Riggi, A. Tenaglia, G. Buono Highly selective cobalt-mediated [6+2] cycloaddition of cycloheptatriene and allenes // J. Org. Lett, 2011, V.13, P.308] получения бицикло[4.2.1]нона-2,4-диена (1) реакцией [6π+2π]-циклоприсоединения 1,2-диенов к 1,3,5-циклогептатриену (ЦГТ) в присутствии каталитической системы [CoI₂, dppe, Zn, ZnI₂]:

Недостатком известного способа является отсутствие реакций с Alk, Si-замещенными 1,2-диенами, циклическими алленами, винилиденциклоалканами. Содимеризация с 1,1-дизамещенными алленами проходит с трудом. Так, для получения аддукта с 1-метил-1-фенилпропа-1,2-диеном требуются высокие энергозатраты (90°С) и продолжительное время (16 ч).

Известен способ [V.A. Dyakonov, G.N. Kadikova, U.M. Dzhemilev. Ti-catalyzed [6π+2π] cycloadditions of allenes with 1,3,5-cycloheptatriene // Tetrahedron Letters, 2011, V.52, P.2780] получения циклоаддукта (2) реакцией [6π+2π]-циклоприсоединения 1,2-диенов к ЦГТ в присутствии каталитической системы TiCl₄-Et₂AlCl при температуре 80°С в бензоле за 8 часов по схеме:

Однако препаративные возможности данной реакции ограничиваются необходимостью применения растворов не стабильного TiCl₄.

Предлагается новый способ синтеза бицикло[4.2.1]нона-2,4-диенов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии 1,2-диенов общей формулы (2) с ЦГТ в присутствии каталитической системы Ti(acac)₂Cl₂-Et₂AlCl, при мольном соотношении 1,2-диен:ЦГТ:Ti(acac)₂Cl₂:Et₂AlCl=(10-14):10:(0.1-0.3):4, предпочтительно 12:10:0.2:4. Реакцию проводят в ампуле при 20-80°С. Время реакции 6-48 ч, выход целевого продукта 30-87%. В качестве растворителя необходимо использовать бензол.

Реакция протекает по схеме:

Целевые продукты (1) образуются только лишь с участием 1,2-диенов, ЦГТ и каталитической системы Ti(acac)₂Cl₂-Et₂AlCl. В присутствии других комплексов переходных металлов (например, Cp₂ZrCl₂, Cp₂TiCl₂, Zr(acac)₄, Pd(acac)₂, Ni(acac)₂, Fe(acac)₃) целевые продукты (1) не образуются.

Проведение реакции в присутствии катализатора Ti(acac)₂Cl₂ больше 0.3 ммоль на 10 ммоль ЦГТ не приводит к существенному увеличению выхода целевых продуктов (1). Использование в реакции катализатора Ti(acac)₂Cl₂ менее 0.1 ммоль на 10 ммоль ЦГТ снижает выход аддукта (1), что связано с уменьшением каталитически активных центров в реакционной массе. Опыты проводили при 20-80°С. При более высокой температуре (например, 100°С) происходит уменьшение выхода содимеров, вероятно, вследствие побочных процессов разложения и полимеризации. При меньшей температуре (например, 20°С) снижается скорость реакции.

Существенные отличия предлагаемого способа:

Предлагаемый способ базируется на использовании в качестве исходных реагентов 1,3,5-циклогептатриена и 1,2-диенов в присутствии каталитической системы Ti(acac)₂Cl₂-Et₂AlCl. В известных способах аддукт (1) получают:

- в присутствии комплекса (η⁶-циклогептатриен)трикарбонилхрома(0) и 1,2-диенов;

- в присутствии каталитического комплекса [CoI₂, dppe, Zn, ZnI₂];

- в присутствии каталитической системы TiCl₄-Et₂AlCl.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Способ позволяет получать с высокой регио- и стереоселективностью индивидуальные бицикло[4.2.1]нона-2,4-диены (1).

2. Используемый катализатор на основе бис-ацетилацетоната титандихлорида [Ti(acac)₂Cl₂] обладает рядом преимуществ по сравнению с комплексами других переходных металлов благодаря высокой стабильности, кристалличности, что значительно упрощает его применение в препаративных целях.

3. Применение бис-ацетилацетоната титандихлорида [Ti(acac)₂Cl₂] позволяет существенно снизить энергозатраты на получение целевых содимеров за счет понижения температуры реакции до 20°С в отличие от известного метода с TiCl₄ (80°С).

Способ поясняется следующими примерами:

ПРИМЕР 1. В термостатированную (~0°С) стеклянную ампулу в атмосфере сухого аргона загружали 1 г (10 ммоль) 1,3,5-циклогептатриена, 1.7 г (12 ммоль) гепта-1,2-диена, 0.063 г (0.2 ммоль) Ti(acac)₂Cl₂ и 4 мл сухого бензола. Ампулу охлаждали до температуры жидкого азота, загружали 0.6 мл (4 ммоль, 90.2%) Et₂AlCl в 1 мл бензола и запаивали. После нагревания при 40°С в течение 6 ч, ампулу вскрывали, содержимое обрабатывали С₂Н₅ОН. Получали 7-пентилиденбицикло[4.2.1]нона-2,4-диен (1) с выходом 60%.

Спектральные характеристики аддукта (1):

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃, δ, м.д.) 7-пентилиденбицикло[4.2.1]нона-2,4-диена (1): 0.91 (т, 3H, СН₃, J=7 Гц); 1.16-1.25 (м, 4Н, С(12,13)Н₂); 1.31-1.33 (м, 1Н, С(11)Н₂); 1.92-1.94 (м, 1Н, С(11)Н₂); 1.93 (д, 1H, С(9)Н₂, J=12 Гц): 2.21 (дт, 1Н, С(9)Н₂, J_д=12, J_т=7 Гц); 2.46 (дд, 1Н, С(8)Н₂, J=7 Гц); 2.54 (д, 1Н, С(8)Н₂, J=16 Гц); 2.77 (к, С(1)Н, J=8 Гц); (Е) 3.29-3.31 (м, 11-1, С(6)Н); (Z) 3.42-3.44 (м, 1Н, С(6)Н); 5.15 (т, 1Н, С(10)Н, J=7 Гц); 5.60-5.62 (м, 2Н, С(3,4)Н); 6.04-6.07 (м, 2Н, С(2,5)Н);

Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃, δ, м.д.) 7-пентилиденбицикло[4.2.1]нона-2,4-диена (1): (Е): 14.08 (С(14)); 22.63 (С(13)); 31.73 (С(12)); 32.19 (С(9)); 32.14 (С(11)); 38.56 (С(1)); 42.24 (С(8)); 45.46 (С(6)); 120.92 (С(10)); 123.09 (С(4)); 123.47 (С(3)); 138.2 (С(5)); 138.80 (С(2)); 151.31 (С(7)). / (Z): 14.08 (С(14)); 22.63 (С(13)); 31.53 (С(11)); 31.73 (С(12)); 32.91 (С(9)); 39.16 (С(1)); 47.31 (С(8)); 43.13 (С(6)); 118.98 (С(10)); 123.64 (С(4)); 124.30 (С(3)); 136.67 (С(5)); 137.93 (С(2)); 149.52 (С(7)).

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1 № п/п 1,2-диен R¹ R² R Мольное соотношение 1,2-диен:ЦГТ:Ti(асас)₂Cl₂:Et₂AlCl, ммоль Температура, °С Время реакции, ч Выход (1), % 1 гепта-1,2-диен Bu H H 12:10:0.2:4 40 6 60 2 гепта-1,2-диен Bu H H 12:10:0.2:4 80 6 48 3 гепта-1,2-диен Bu H H 12:10:0.2:4 60 6 61 4 гепта-1,2-диен Bu H H 12:10:0.2:4 20 48 55 5 гепта-1,2-диен Bu H H 14:10:0.2:4 40 6 62 6 гепта-1,2-диен Bu H H 10:10:0.2:4 40 6 58 7 гепта-1,2-диен Bu H H 12:10:0.3:4 40 6 63 8 гепта-1,2-диен Bu H H 12:10:0.1:4 40 6 36 9 нона-1,2-диен Hex H H 12:10:0.2:4 40 6 66 10 фенилпропа-1,2-диен Ph H H 12:10:0.2:4 40 6 81 11 Бензилпропа-1,2-диен Bn H H 12:10:0.2:4 40 6 77 12 1,2-циклононадиен -(СН₂)₆- H -(СН₂)₆- 12:10:0.2:4 40 6 69 13 Винилиденциклогексан -(СН₂)₅- -(СН₂)₃- H 12:10:0.2:4 40 6 79 14 1-Метил-1-фенилпропа-1,2-диен Ме Ph H 12:10:0.2:4 40 6 83 15 1,1-Дифенилпропа-1,2-диен Ph Ph H 12:10:0.2:4 40 6 87 16 2,3-бутадиенил(триметил)силан CH₂TMS Н H 12:10:0.2:4 40 6 82 17 (2-бутил-2,3-бутадиенил)(триметил)силан Bu CH₂TMS H 12:10:0.2:4 40 6 85

Изобретение относится к способу получения бицикло[4.2.1]нона-2,4-диенов общей формулы (1): где R=H, -(CH₂)₆-; R¹=Me, Bu, Hex, Ph, Bn, -(CH₂)₆-, -(CH₂)₅-, CH₂TMS, R₂=H, -(CH₂)₅-, Ph, CH₂TMS каталитическим взаимодействием 1,2-диенов с 1,3,5-циклогептатриеном (ЦГТ). При этом в качестве каталитической системы используется Ti(acac)₂Cl₂-Et₂AlCl, в качестве 1,2-диена - соединение общей формулы (где R, R¹, R² указанные выше), реакцию проводят при мольном соотношении 1,2-диен:ЦГТ:Ti(асас)₂Cl₂:Et₂AlCl=(10-14):10:(0.1-0.3):4 в ампуле при температуре 20-80°C, в бензоле, в течение 6-48 ч. Предлагаемое изобретение позволяет снизить энергозатраты и использовать более стабильный катализатор. 17 пр., 1 табл.

Способ получения бицикло[4.2.1]нона-2,4-диенов общей формулы (1):

R=H, -(CH₂)₆-; R¹=Me, Bu, Hex, Ph, Bn, -(CH₂)₆-, -(CH₂)₅-, CH₂TMS
R₂=H, -(CH₂)₅-, Ph, CH₂TMS
каталитическим взаимодействием 1,2-диенов с 1,3,5-циклогептатриеном (ЦГТ), отличающийся тем, что в качестве каталитической системы используется Ti(acac)₂Cl₂-Et₂AlCl, в качестве 1,2-диена - соединение общей формулы (где R, R¹, R² указанные выше), реакцию проводят при мольном соотношении 1,2-диен:ЦГТ:Ti(асас)₂Cl₂:Et₂AlCl=(10-14):10:(0.1-0.3):4, предпочтительно 12:10:0.2:4, в ампуле при температуре 20-80°C, в бензоле, в течение 6-48 ч.