СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 4-ОКСОАЛКАН-1,1,2,2-ТЕТРАКАРБОНИТРИЛОВ Российский патент 2016 года по МПК C07C253/30 C07C255/17 C07C255/31 C07C255/40 C07D333/24 

Описание патента на изобретение RU2577537C1

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способам получения нитрилов, содержащих четыре цианогруппы, связанные с углеродным скелетом, включающим в себя карбонильную группу, а именно - 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилам общей формулы (A), которые могут быть использованы в качестве исходных соединений для синтеза различных гетероциклических структур пиридинового, пиранового, пиррольного и фуранового рядов, в том числе в составе бициклических и спиросочлененных систем.

где R1=R2=Me, R3=H (A1); R2=R3=H (A2); R3=H (A3); R1+R2=(CH2)5, R3=H (A4); R1+R2=(CH2)6, R3=H (A5); R1=Ph, R2=Me, R3=H (A6); R1=4-ClC6H4, R2=Me, R3=H (A7); R1=4-MeOC6H4, R2=Me, R3=H (A8); R1=R2=Ph, R3=H (A9); R2=R3=H (A10).

Известен способ получения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов общей формулы (A),

где R1=Me, R2=R3=H (A11); R1=R2=Me, R3=H (A1); R1=Et, R2=Me, R3=H (A12); R1=i-Pr, R2=Me, R3=Me (A13); R1+R2=(CH2)3, R3=H (A14); R1+R2=(CH2)4, R3=H (A15); R1=Ph, R2=R3=H (A16); R1=4-Cl-C6H4, R2=R3=H (A17); R2=R3=H (A18); R2=R3=H (A19); R1=R2=Ph, R3=H (A20); путем взаимодействия тетрацианоэтилена с кетоном в присутствии катализатора - «молекулярного» серебра, с использованием в качестве растворителя избытка кетона или тетрагидрофурана (в случае твердых кетонов). Выходы 50-94% (R.К. Heckertand, W.J. Middleton. U.S. Patent 2,781,359, 1957; С.L. Dickinson // Journal of the American Chemical Society, 1960, Vol. 82, p. 4367-4369).

Недостатками данного способа является дороговизна используемого катализатора, а также необходимость дополнительной технологической стадии - отделения катализатора и его дальнейшей регенерации, недостатком также является большой расход кетона в случае использовании его в качестве растворителя.

Известен способ получения соединения (A15), заключающийся в перемешивании в течение ночи смеси тетрацианоэтилена и циклогексанона в жидком диоксиде серы. Выход 95% (D. Masilamani, М.Е. Reuman, М.М. Rogic // Journal of Organic Chemistry, 1980, Vol. 45, p. 4602-4605).

Недостатком этого способа является необходимость использования специального оборудования (колбы Фишера-Портера), а также вещества третьего класса опасности - диоксида серы.

Вышеописанный способ сходен с другим, продемонстрированным на примере соединений (A21), где R1+R2=(CH2)4, R3=Me и (A22), где R3=H, заключающийся во взаимодействии тетрацианоэтилена с кетоном в среде 1,4-диоксана в присутствии каталитического количества соляной кислоты. Выходы 90% и 69% соответственно (В.П. Шевердов, О.В. Ершов, О.Е. Насакин, А.Н. Чернушкин, В.А. Тафеенко // Журнал органической химии, 2002, т. 38, №7, с. 1043-1046).

Известно также, что по данному способу возможен синтез и других β,β,γ,γ-тетрацианоалканонов, а именно - (A14), (A17), а также (A23), где R1=t-Bu, R2=R3=H, (A24) где R2=R3=H, (A25), где R2=R3=H, (A26), где R2=R3=H, (A27), где R2=R3=H, с выходами 56-95%, в том числе содержащих стероидный (A28) R3=H или макроциклический (A29) R3=H фрагменты с выходами 72% и 86% соответственно (В.П. Шевердов, О.В. Ершов, А.В. Еремкин, О.Е. Насакин; И.Н. Бардасов, В.А. Тафеенко // Журнал органической химии, 2005, т. 41, №12, с. 1795-1801).

Данный способ является самым универсальным из всех вышепредставленных, с его помощью также возможен синтез 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов (A), в которых R1 и R2 являются арильными заместителями - (A20), а также (A30), где R3=H (М.Ю. Беликов, М.Ю. Иевлев, О.В. Ершов, К.В. Липин, С.А. Леготин, О.Е. Насакин // Журнал органической химии, 2014, т. 50, №9, с. 1387-1388.), однако к его недостаткам можно отнести использование токсичного растворителя 1,4-диоксана (III класс опасности), длительность осуществления взаимодействия (в случае некоторых кетонов - несколько суток), а также необходимость дополнительной технологической стадии - дробной кристаллизации продукта, так как, согласно данному способу, после разбавления реакционной массы водой происходит образование маслянистой субстанции, которую отделяют и подвергают дробной кристаллизации.

Еще один известный способ получения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракабонитрилов заключается в нагревании смеси тетрацианоэтилена и кетона в присутствии каталитических количеств воды, пропанола или этанола (О.Е. Насакин, А.В. Кухтин, Г.Н. Петров, Е.Г. Николаев, В.В. Алексеев, С.Ю. Сильвестрова // АС 759507 СССР).

К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие универсального характера, результаты продемонстрированы на единичных примерах алифатических кетонов.

Наиболее близким к заявленному решению является способ получения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов, общей формулы (A), а именно (A1), (А31), где R1=Me, R2=Pr, R3=H и (A32), где R1=Me, R2=Am, R3=H, который заключается в кипячении при температуре кипения кетона смеси тетрацианоэтилена и избытка кетона в присутствии катализатора - уксусной или трихлоруксусной кислоты. Выходы 76-94% (Е.Г. Николаев, О.Е. Насакин, П.Б. Терентьев, Б.А. Хаскин, В.Г. Петров // Журнал органической химии, 1984, т. 20, №1, с. 205-206).

Недостатком данного способа является отсутствие универсального характера, результаты продемонстрированы лишь на примере кетонов, у которых R1=Me, остается неизвестным, возможно ли его применение для других кетонов алифатического, алициклического и ароматического рядов. Кроме того, в качестве растворителя авторами предлагается использование кетонов, непосредственно вовлекаемых во взаимодействие с тетрацианоэтиленом, поэтому применение данного способа ограничивается использованием лишь жидких кетонов, а также приводит к их большому расходу.

Задачей данного изобретения является разработка усовершенствованного способа получения нитрилов, содержащих четыре цианогруппы, связанные с углеродным скелетом, включающим в себя карбонильную группу, а именно - 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов общей формулы (A).

Техническим результатом является усовершенствование способа получения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов общей формулы (A) за счет осуществления взаимодействия без растворителя, значительного сокращения времени получения, а также повышения экологичности процесса.

Технический результат достигается тем, что способ получения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов общей формулы (A),

где R1=R2=Me, R3=H (A1); R2=R3=H (A2); R3=H (A3); R1+R2=(CH2)5,R3=H (A4); R1+R2=(CH2)6, R3=H (A5); R1=Ph, R2=Me, R3=H (A6); R1=4-ClC6H4, R2=Me, R3=H (A7); R1=4-MeOC6H4, R2=Me, R3=H (A8); R1=R2=Ph, R3=H (A9); R2=R3=H (A10), включающий нагревание смеси тетрацианоэтилена и соответствующего кетона в эквимолярных количествах, согласно изобретению, к смеси дополнительно прибавляют n-толуолсульфокислоту, а нагревание осуществляют до полного растворения тетрацианоэтилена в образовавшемся расплаве n-толуолсульфокислоты и кетона, с последующей выкристаллизацией целевого продукта.

Способ осуществляется по следующей схеме реакции:

где R1=R2=Me, R3=H (A1); R2=R3=H (A2); R3=H (A3); R1+R2=(CH2)5; R3=H (A4); R1+R2=(CH2)6, R3=H (A5); R1=Ph, R2=Me, R3=H (A6); R1=4-ClC6H4, R2=Me, R3=H (A7); R1=4-MeOC6H4, R2=Me, R3=H (A8); R1=R2=Ph, R3=H (A9); R2=R3=H (A10).

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными показывает, что предлагаемый способ является более простым, экологичным (соответствует 3-му и 5-му принципам «зеленой химии»), менее затратным, а также в ряде случаев сокращается время осуществления взаимодействия. Метод характеризуется простотой исполнения, отсутствием специального оборудования и токсичных растворителей. Выборка синтезированных соединений (A1-10) с разнообразной природой заместителей демонстрирует универсальность заявляемого решения.

Исходные вещества, а именно тетрацианоэтилен, кетоны и n-толуолсульфокислота являются коммерчески доступными соединениями.

Строение полученных соединений подтверждается данными ИК- и ЯМР 1H спектроскопии.

Сущность изобретения заключается в описанном способе получения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов общей формулы (A), 0,005 моль тетрацианоэтилена смешивают и тщательно растирают с 0,005 моль соответствующего кетона и 0,005 моль n-толуосульфокислоты. Реакционную массу нагревают при 50-60°C при постоянном перемешивании и продолжают греть до тех пор, пока тетрацианоэтилен не растворится в образовавшемся расплаве n-толуолсульфокислоты и кетона, после чего происходит выкристаллизация целевого продукта. Полноту протекания реакции можно проверять по отсутствию синего окрашивания гидрохинона (π-комплекс с тетрацианоэтиленом) под действием раствора пробы реакционной массы в подходящем растворителе (1,4-диоксан, ТГФ, этилацетат, ацетонитрил). Затвердевшую массу после завершения взаимодействия и охлаждения заливают водой, осадок отфильтровывают и тщательно промывают водой от n-толуолсульфокислоты до нейтральной реакции.

Пример 1. Способ получения 3-метил-4-оксопентан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A1). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона бутан-2-она. Выход: 91%. Tпл.=135-137°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1697 (C=O), 2253 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 1.84 д (3H, CH3, J=7.5), 2.08 с (3H, CH3), 4.68 м (1H, CHCO), 5.24 с (1H, CHCN).

Пример 2. Способ получения 4-оксо-4-циклопропилбутан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A2). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона 1-циклопропилэтанона. Выход: 89%. Tпл.=117-118°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1697 (C=O), 2252 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 1.09-1.13 м (4H, CH2CH2), 2.30 м (1H, CH), 4.13 с (2H, CH2CO), 5.25 с (1H, CHCN).

Пример 3. Способ получения 1-(4-трет-бутил-2-оксоциклогексил)этан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A3). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона 4-третбутилциклогексанона. Реакция идет с саморазогревом, без дополнительного нагревания. Выход: 96%. Tпл.=127-128°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1705 (C=O), 2253 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 1.01 с (9H, t-Bu), 1.58-2.65 м (7H, 3CH2+CH), 3.87 д.д (1H, CHCO, J=5.3, 13.0), 6.04 с (1H, CHCN).

Пример 4. Способ получения 1-(2-оксоциклогептил)этан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A4). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона циклогептанона. Реакция идет с саморазогревом, без дополнительного нагревания. Выход: 95%. Tпл.=104-106°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1701 (C=O), 2259 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 1.52 м (1H, CH2), 1.75-2.05 м [5H, (CH2)3], 2.37 м (1H, CH2), 2.52 м (1H, CH2), 2.85 м (1H, COCH2), 3.18 м (1H, CH2CO), 4.00 м (1H, CHCO), 5.93 с (1H, CHCN)

Пример 5. Способ получения 1-(2-оксоциклооктил)этан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A5). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона циклооктанона. Реакция идет с саморазогревом, без дополнительного нагревания. Выход: 96%. Tпл.=134-136°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1703 (C=O), 2258 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 1.16 м (1H, CH2), 1.57-2.21 м [8H, (CH2)4], 2.42 м (1H, CH2), 2.72 м (1H, CH2CO), 2.96 м (1H, CH2CO), 3.97 м (1H, CHCO), 5.88 с (1H, CHCN).

Пример 6. Способ получения 3-метил-4-оксо-4-фенилбутан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A6). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона пропиофенона. Выход: 90%. Tпл.=130-131°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1688 (C=O), 2256 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 1.81 д (3H, CH3, J=7.4), 4.84 м (1H, CHCO), 5.99 с (1H, CH), 7.65 м (2H, Ar), 7.78 м (1H, Ar), 8.19 м (2H, Ar).

Пример 7. Способ получения 3-метил-4-оксо-4-(4-хлорфенил)бутан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A7). Получали аналогично описанному способу с использованием с в качестве кетона 4-хлорпропиофенона. Выход: 89%. Tпл.=160-161°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1693 (C=O), 2255 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 1.84 д (3H, CH3, J=7.3), 4.79 м (1H, CHCO), 5.98 с (1H, CHCN), 7.12 д (2H, Ar, J=8.7), 8.14 д (2H, Ar, J=8.7).

Пример 8. Способ получения 3-метил-4-(4-метоксифенил)-4-оксобутан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A8). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона 4-метоксипропиофенона. Выход: 93%. Tпл.=143-144°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1699 (C=O), 2250 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 1.80 д (3H, CH3, J=7.2), 3.95 с (3H, OCH3), 4.76 м (1H, CHCO), 5.96 с (1H, CHCN), 7.14 д (2H, Ar, J=8.8), 8.17 д (2H, Ar, J=8.8).

Пример 9. Способ получения 4-оксо-3,4-дифенилбутан-1,1,2,2-тетракарбонитрила (A9). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона 1,2-дифенилэтанона. Выход: 86%. Tпл.=140-141°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1696 (C=O), 2246 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 5.77 с (1H, CHPh), 6.01 с (1H, CHCN), 7.46-7.69 м (8H, Ar), 8.07 д (2H, Ar, J=7.9).

Пример 10. Способ получения 4-оксо-4-тиенилбутан-1,1,2,2-тетракарбонитрил (A10). Получали аналогично описанному способу с использованием в качестве кетона 2-ацетилтиофена. Выход: 81%. Tпл.=109-111°C (разл). ИК спектр, ν, см-1: 1699 (C=O), 2250 (C≡N). Спектр ЯМР 1H (ацетон-d6), δ, м.д.: 8.19 д (1H, CH, J=4.1); 8.11 д (1H, J=4.1, CH); 7.32 т (1H, J=4.1, CH); 6.13 с (1H, CH); 4.57 с (2H, CH2).

Таким образом, предлагаемый усовершенствованный способ позволяет получить 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилы общей формулы (A), которые могут быть использованы в качестве исходных соединений для синтеза различных гетероциклических структур пиридинового, пиранового, пиррольного и фуранового рядов, в том числе в составе бициклических и спиросочлененных систем.

Похожие патенты RU2577537C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 3-АМИНО-8-ГИДРОКСИ-1,6-ДИОКСО-2,7-ДИАЗАСПИРО[4.4]НОН-3-ЕН-4-КАРБОНИТРИЛОВ 2012
  • Федосеев Сергей Владимирович
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Липин Константин Владимирович
  • Ерёмкин Алексей Владимирович
  • Каюков Яков Сергеевич
  • Насакин Олег Евгеньевич
RU2495040C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 6-ИМИНО-2,7-ДИОКСАБИЦИКЛО[3.2.1]ОКТАН-4,4,5-ТРИКАРБОНИТРИЛОВ 2014
  • Иевлев Михаил Юрьевич
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Каюков Яков Сергеевич
  • Беликов Михаил Юрьевич
  • Федосеев Сергей Владимирович
  • Насакин Олег Евгеньевич
RU2545459C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-ОКСО-4-ЦИАНО-1,2-ДИГИДРОПИРИДИН-3-КАРБОКСАМИДОВ 2011
  • Липин Константин Владимирович
  • Еремкин Алексей Владимирович
  • Насакин Олег Евгеньевич
  • Федосеев Сергей Владимирович
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Каюков Яков Сергеевич
  • Беликов Михаил Юрьевич
RU2475480C1
Способ получения производных 5-амино-3H-пиррол-4-карбонитрилов 2018
  • Беликов Михаил Юрьевич
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Федосеев Сергей Владимирович
RU2675600C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 8-АМИНО-1-ИМИНО-6-МОРФОЛИН-4-ИЛ-2-ОКСА-7-АЗАСПИРО[4,4]НОНА-3,6,8-ТРИЕН-9-КАРБОНИТРИЛОВ 2011
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Насакин Олег Евгеньевич
  • Беликов Михаил Юрьевич
RU2475489C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИЛЗАМЕЩЕННЫХ 2-ОКСО-1,2-ДИГИДРОПИРИДИН-3,4-ДИКАРБОНИТРИЛОВ 2015
  • Липин Константин Владимирович
  • Федосеев Сергей Владимирович
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Насакин Олег Евгеньевич
RU2577526C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 3-АРОИЛЦИКЛОПРОПАН-1,1,2,2-ТЕТРАКАРБОНИТРИЛОВ 2011
  • Карпов Сергей Владимирович
  • Каюков Яков Сергеевич
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Насакин Олег Евгеньевич
  • Бардасов Иван Николаевич
RU2468001C1
Способ получения метилового эфира 2-галоген-6-алкил-3-цианоизоникотиновых кислот 2016
  • Липин Константин Владимирович
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Насакин Олег Евгеньевич
RU2616980C1
Способ получения пирроло[3,4-с]хинолинов 2022
  • Насакин Олег Евгеньевич
  • Андреева Вера Владимировна
  • Иванова Елизавета Сергеевна
  • Марьясов Максим Андреевич
  • Лодочникова Ольга Александровна
RU2802332C1
1-имино-2,3,4,5-тетрагидро-1Н-пирроло[3,4-с]пиридин-3,4-дионов 2016
  • Ершов Олег Вячеславович
  • Яцько Ангелина Сергеевна
  • Федосеев Сергей Владимирович
  • Иевлев Михаил Юрьевич
  • Беликов Михаил Юрьевич
RU2613967C1

Реферат патента 2016 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 4-ОКСОАЛКАН-1,1,2,2-ТЕТРАКАРБОНИТРИЛОВ

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов общей формулы (А), которые могут найти применение в качестве исходных соединений для синтеза различных гетероциклических структур. В общей формуле (А) R1=R2=Me, R3=H (A1); R1=, R2=R3=H (A2); R1+R2=, R3=H (A3); R1+R2=(CH2)5, R3=H (A4); R1+R2=(CH2)6, R3=H (A5); R1=Ph, R2=Me, R3=H (A6); R1=4-Cl-C6H4, R2=Me, R3=H (A7); R1=4-MeOC6H4, R2=Me, R3=H (A8); R1=R2=Ph, R3=H (A9); R1=, R2=R3=H (A10). Предлагаемый способ включает нагревание смеси тетрацианоэтилена и соответствующего кетона в эквимолярных количествах. Способ характеризуется тем, что в смесь дополнительно вводят п-толуолсульфокислоту, а нагревание при температуре 50-60°С осуществляют до полного растворения тетрацианоэтилена в образовавшемся расплаве п-толуолсульфокислоты и кетона с последующей выкристаллизацией целевого продукта. Способ позволяет осуществить взаимодействие без растворителя, а также сократить продолжительность процесса. 10 пр.

Формула изобретения RU 2 577 537 C1

Способ получения 4-оксоалкан-1,1,2,2-тетракарбонитрилов общей формулы (А)
,
где R1=R2=Me, R3=H (A1); R1=, R2=R3=H (A2); R1+R2=, R3=H (A3); R1+R2=(CH2)5, R3=H (A4); R1+R2=(CH2)6, R3=H (A5); R1=Ph, R2=Me, R3=H (A6); R1=4-Cl-C6H4, R2=Me, R3=H (A7); R1=4-MeOC6H4, R2=Me, R3=H (A8); R1=R2=Ph, R3=H (A9); R1=, R2=R3=H (A10), включающий нагревание смеси тетрацианоэтилена и соответствующего кетона в эквимолярных количествах, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят п-толуолсульфокислоту, а нагревание при температуре 50-60°С осуществляют до полного растворения тетрацианоэтилена в образовавшемся расплаве п-толуолсульфокислоты и кетона с последующей выкристаллизацией целевого продукта.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2577537C1

Е.Г
НИКОЛАЕВ и др., Взаимодействие тетрацианоэтилена с метил(алкил)кетонами, ЖУРН
ОРГАН
ХИМИИ, 1984, Том 20, вып
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
SU 759507 B, 31.08.1980.

RU 2 577 537 C1

Авторы

Иевлев Михаил Юрьевич

Ершов Олег Вячеславович

Беликов Михаил Юрьевич

Липин Константин Владимирович

Федосеев Сергей Владимирович

Насакин Олег Евгеньевич

Даты

2016-03-20Публикация

2015-04-21Подача