Способ получения адамантилсодержащих циклических кеталей Российский патент 2023 года по МПК C07D317/72 

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности, к способу получения адамантилсодержащих циклических кеталей 1(a-и), 2(б, д).

Циклические кетали, полученные из 2-адамантанона, обладают приятными запахами и представляют интерес для косметической отрасли в качестве отдушек. Так, соединение спиро[1,3-диоксолан-2,2'-трицикло[3.3.1.1^3,7]декан] 1a обладает слабой нотой шалфея и тимьяна, а также стойкой нотой свежести и может использоваться для ароматизации зубной пасты и ополаскивателя для полости рта, а 4-метилспиро[1,3-диоксолан-2,2'-трицикло[3.3.1.1^3,7]декан] 1б, обладающий стойким фруктово-яблочным и медовым запахом, может использоваться для ароматизации шампуней, гелей, мыла [Genta M. T., Villa C., Mariani E., Longobardi M., Loupy A. // Inter. J. Cosmet. Sci., 2002, 24 (5), 257-262].

Известно, что адамантилсодержащие циклические кетали получают конденсацией 2-адамантанона с 1,2-диолами в присутствии различных катализаторов.

Так, конденсация 1-бром-4-адамантанона с 1,2-этандиолом проходит под действием о-толуолсульфоновой кислоты. Реакция проходит при кипячении в бензоле за продолжительное время (14 ч). Выход соответствующего кеталя составляет 95% [Bayley H., Knowles J. R. // Biochemistry, 1980, 19 (17), 3883-3892].

Конденсация 2-адамантанона с 1,2-этан-, 1,2-пропан- и 1,2-бутандиолом была осуществлена в присутствии п-толуолсульфоновой кислоты [Genta M. T., Villa C., Mariani E., Longobardi M., Loupy A. // Inter. J. Cosmet. Sci., 2002, 24 (5), 257-262]. Продолжительность реакции удалось сократить до 15 мин, используя микроволновое облучение. В пробирку из пирекса объемом 40 мл помещали 2-адамантанон (1,5 г, 10 ммоль), соответствующий диол (20 ммоль) и п-толуолсульфоновую кислоту (10% от веса кетона), затем облучали в течение 15 мин при 140 ^оC при перемешивании, поддерживая температуру путем регулирования мощности от 15 до 300 Вт.

Известен метод, где в качестве катализатора реакции конденсации 2-адамантанона и 1,2-этандиола применили 0.0225 мол.% 12-вольфрамокремниевой кислоты (H₄[SiW₁₂O₄₀] (H-SiW₁₂)) [Zhao S., Jia Y., Song Y. F. // Catal. Sci. Technol., 2014, 4 (8), 2618-2625].

Реакция конденсации проходит в присутствии N- гидроксибензолсульфонамида (бензолсульфогидроксамовая кислота или кислота Пилоти) и триэтиламина [Hassner A., Bandi C. R., Panchgalle S. Synlett, 2013, 24 (09), 1164-1164].

Недостатки методов:

1. Использование в качестве катализатора сильной протонной кислоты п-толуолсульфокислоты, дорогостоящих (труднодоступных) 12-вольфрамокремниевой кислоты или бензолсульфогидроксамовой кислоты.

2. Реакции требуют высокой температуры, длительного времени реакции.

Авторами предлагается способ получения адамантилсодержащих циклических кеталей 1(a-и), 2(б, д), не имеющий недостатков известных методов.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение продолжительности реакции, снижение температуры синтеза, упрощение технологии и удешевление себестоимости адамантилсодержащих циклических кеталей 1(a-и), 2(б, д) за счет использования в качестве катализатора CuBr₂, а также уменьшение количества отходов.

Сущность способа заключается, в случае получения кеталя 1(а-и), в осуществлении каталитической конденсации 2-адамантанона с 1,2-этандиолом (а), или 1,2-пропандиолом (б), или 1,2-бутандиолом (в), или 1,2-пентандиолом (г), или 2,3-бутандиолом (д), или цис-1,2-циклогександиолом (е), или 1,3-пропандиолом (ж), или 2-метил-2,4-пентандиолом (з), или 1,4-бутандиолом (и), а в случае получения кеталя 2(б, д) – в каталитической конденсации кемантана с 1,2-пропандиолом (б) или 2,3-бутандиолом (д) в присутствии катализатора CuBr₂. Синтез проходит при 40-100^оС в среде СH₂Сl₂ в течение 1-3 ч при следующих мольных соотношениях катализатора и реагентов: [CuBr₂]: [кетон]: [диол]= 0.5-5:100:100-300, предпочтительно [CuBr₂]: [кетон]: [диол]=1:100:200. Выход адамантилсодержащих циклических кеталей 1(a-и), 2(б, д) составляет 65-99%.

Существенные отличия предлагаемого способа от прототипа.

Катализатором для конденсации 2-адамантанона и кемантана (1-гидрокси-4-адамантанона) с диолами является доступный CuBr₂.

Преимущества предполагаемого метода.

1. Удешевление себестоимости и упрощение технологии за счет мягких условий реакции (~40-100°С, 1-3 ч);

2. Использование доступных реагентов;

3. Общий метод.

Предлагаемый способ поясняется примерами:

ПРИМЕР 1. Реакции проводили в стеклянной ампуле (V=12 мл), помещенной в микроавтоклав из нержавеющей стали (V=17 мл). В ампулу загружали 0.01 ммоль (2.2 мг) CuBr₂, 1 ммоль (150 мг) 2-адамантанона (1), 2 ммоль (150 мг) 1,2-пропандиола (б) и 1 мл CH₂Cl₂ в качестве растворителя. Запаянную ампулу помещали в автоклав, автоклав герметично закрывали и нагревали при 40°С в течение 1 ч. После окончания реакции автоклав охлаждали до комнатной температуры, вскрывали ампулу, реакционную массу фильтровали через бумажный фильтр (элюент – хлористый метилен). Растворители отгоняли, остаток перегоняли под вакуумом. Результаты приведены в таблице.

ПРИМЕРЫ 2-4. Аналогично примеру 1, но при разных соотношениях реагентов и различной температуре реакции.

ПРИМЕРЫ 5-14. Аналогично примеру 1, но в качестве диола использовали 2 ммоля следующих диолов: 124 мг 1,2-этандиола (а), 180 мг 1,2-бутандиола (в), 208 мг 1,2-пентандиола (г), 180 мг 2,3-бутандиола (д), 232 мг цис-1,2-циклогександиола (е), 150 мг 1,3-пропандиола (ж), 236 мг 2-метил-2,4-пентандиола (з), 180 мг 1,4-бутандиола (и). Запаянную ампулу помещали в автоклав, автоклав герметично закрывали и нагревали при 40-100°С в течение 1-3 ч. После окончания реакции автоклав охлаждали до комнатной температуры, вскрывали ампулу, реакционную массу фильтровали через бумажный фильтр (элюент – хлористый метилен). Хлористый метилен отгоняли, остаток перегоняли под вакуумом или перекристаллизовывали.

ПРИМЕР 15. Аналогично примеру 1, но в качестве кетона использовали 1 ммоль (166 мг) кемантана (2).

ПРИМЕР 16. Аналогично примеру 15, но в качестве диола использовали 2 ммоль (180 мг) 2,3-бутандиола (в).

Для идентификации соединений 1(a-и), 2(б, д) были использованы объединенные образцы, полученные в 3–6 экспериментах.

Строение полученных адамантилсодержащих циклических кеталей 1(a-и), 2(б, д) доказано методами ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии, HRMS, а также сравнением с известными образцами и литературными данными [Genta M. T., Villa C., Mariani E., Longobardi M., Loupy A. // Inter. J. Cosmet. Sci., 2002, 24 (5), 257-262; Vinković V., Mlinarić-Majerski K., Marinić Ž. // Tetrahedron Lett., 1992, 33 (48), 7441-7444]. Примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице.

Таблица

Синтез адамантилсодержащих циклических кеталей 1(a-и), 2(б, д) реакцией 2-адамантанона (1) и кемантана (2)

с диолами под действием катализатора CuBr₂ в среде CH₂Cl₂

№
п/п Мольное соотношение
[CuBr₂]: [кетон]: [диол] Кетон Диол Т, °С Время реакции, ч Выход кеталя, % HRMS (ESI⁺):
m/z [M+H]⁺: рассчитано/найдено 1 1:100:200 Ad=O 1,2-пропандиол 40 1 1б, 99 C₁₃H₂₁O₂: 209.1542/ 209.1536 2 1:100:300 -«- -«- -«- -«- 1б, 99 3^a 1:100:200 -«- -«- -«- -«- 1б, 80 4 -«- -«- -«- 60 -«- 1б, 99 5 -«- -«- 1,2-этандиол 100 2 1а, 85 C₁₂H₁₉O₂: 195.1385/ 195.1380 6 -«- -«- 1,2-бутандиол 40 1 1в, 99 C₁₄H₂₃O₂: 223.1698/ 223.1693 7 -«- -«- 1,2-пентандиол -«- -«- 1 г, 74 C₁₅H₂₅O₂: 237.1855/ 237.1849 8 -«- -«- -«- -«- 2 1г, 99 9 -«- -«- 2,3-бутандиол -«- -«- 1д, 99 C₁₄H₂₃O₂: 223.1698/ 223.1671 10 -«- -«- цис-1,2-циклогександиол -«- 1 1е, 83 C₁₆H₂₅O₂: 249.1855/ 249.1088 11 -«- -«- -«- -«- 2 1е, 99 12 -«- -«- 1,3-пропандиол -«- 3 1ж, 65 C₁₃H₂₁O₂: 209.1542/ 209.1536 13 -«- -«- 2-метил-2,4-пентандиол -«- -«- 1з, 85 C₁₆H₂₆O₂Na: 273.1831/ 273.1799 14 -«- -«- 1,4-бутандиол -«- -«- 1и, 83 C₁₄H₂₂O₂K: 261.1257/ 261.1349 15 -«- Кемантан 1,2-пропандиол -«- 1 2б, 99 C₁₃H₂₁O₃: 225.1491/ 225.1485 16 -«- -«- 2,3-бутандиол -«- -«- 2д, 99 C₁₄H₂₃O₃: 239.1647/ 239.1642

^a Без растворителя

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения адамантилсодержащих циклических кеталей формулы , где X = H, Y= Z = CH₂ (1а); X = H, Y= CH₂, Z = CHMe (1б); X = H, Y= CH₂, Z = CHEt (1в); X = H, Y= CH₂, Z = CHPrⁿ (1г); X = H, Y= Z = CHMe (1д); X = H, -Y- Z- = -СH-(СH₂)₄-CH- (1е); X = H, Y= CH₂, Z = (CH₂)₂ (1ж); X = H, Y= CMe₂CH₂, Z = CHMe (1з); X = H, Y= CH₂, Z = (CH₂)₃ (1и); X = OH, Y= CH₂, Z = CHMe (2б); X = OH, Y= Z = CHMe (2д), которые могут применяться в качестве ароматизаторов и отдушек для косметической продукции. Способ заключается в том, что в случае получения кеталя 1(а-и) осуществляют каталитическую конденсацию 2-адамантанона с 1,2-этандиолом (а), или 1,2-пропандиолом (б), или 1,2-бутандиолом (в), или 1,2-пентандиолом (г), или 2,3-бутандиолом (д), или цис-1,2-циклогександиолом (е), или 1,3-пропандиолом (ж), или 2-метил-2,4-пентандиолом (з), или 1,4-бутандиолом (и). В случае же получения кеталя 2(б, д) осуществляют каталитическую конденсацию кемантана с 1,2-пропандиолом (б) или 2,3-бутандиолом (д). При этом в качестве катализатора применяют CuBr₂, а реакцию проводят в течение 1-3 ч при температуре 40-100^oC при мольном соотношении [CuBr₂] : [2-адамантанон или кемантан] : [диол] = 0,5-5:100:100-300. Технический результат - уменьшение продолжительности реакции, снижение температуры синтеза, упрощение технологии, а также уменьшение количества отходов. 1 табл., 16 пр.

Способ получения адамантилсодержащего циклического кеталя формулы

,

где X = H, Y= Z = CH₂ (1а); X = H, Y= CH₂, Z = CHMe (1б); X = H, Y= CH₂, Z = CHEt (1в); X = H, Y= CH₂, Z = CHPrⁿ (1г); X = H, Y= Z = CHMe (1д); X = H, -Y- Z- = -СH-(СH₂)₄-CH- (1е); X = H, Y= CH₂, Z = (CH₂)₂ (1ж); X = H, Y= CMe₂CH₂, Z = CHMe (1з); X = H, Y= CH₂, Z = (CH₂)₃ (1и); X = OH, Y= CH₂, Z = CHMe (2б); X = OH, Y= Z = CHMe (2д),

при этом в случае получения кеталя 1(а-и) осуществляют каталитическую конденсацию 2-адамантанона с 1,2-этандиолом (а), или 1,2-пропандиолом (б), или 1,2-бутандиолом (в), или 1,2-пентандиолом (г), или 2,3-бутандиолом (д), или цис-1,2-циклогександиолом (е), или 1,3-пропандиолом (ж), или 2-метил-2,4-пентандиолом (з), или 1,4-бутандиолом (и), а в случае получения кеталя 2(б, д) осуществляют каталитическую конденсацию кемантана с 1,2-пропандиолом (б) или 2,3-бутандиолом (д), при этом в качестве катализатора применяют CuBr₂, а реакцию проводят в течение 1-3 ч при температуре 40-100°C при мольном соотношении [CuBr₂] : [2-адамантанон или кемантан] : [диол] = 0,5-5:100:100-300.