СПОСОБ СИНТЕЗА БИЦИКЛИЧЕСКИХ ФОСФИНОВ Российский патент 2024 года по МПК C07B47/00 C07F9/6568 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области синтеза бициклических фосфинов, которые находят применение в катализе, например, в качестве компонентов каталитических систем, используемых при превращении алкенов в высшие жирные спирты.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Третичные фосфины являются компонентами каталитических систем, широко применяемых в различных химических превращениях, например, при гидрировании непредельных соединений [Osborn, J.A.; Wilkinson, G. Inorganic Syntheses. 1967, 10. 67], метатезисе [G.C. Vougioukalakis, R.H. Grubbs. Chem. Rev., 2010, 110, 1746] и гидроформилировании алкенов [R.Franke, D.Selent, A.Bomer, Chem. Rev. 2012, 112, 5675], кросс-сочетании [Miyaura, N.; Suzuki, A. Chemical Reviews. 1995, 95, 2457], а также в превращении алкенов в высшие жирные спирты [G.Morales Torres, R.Frauenlob, R.Franke and A.Börner, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 34-54].

Известно, что наибольшую эффективность при синтезе высших жирных спиртов восстановительным карбонилированием олефинов на кобальтфосфиновых катализаторах проявляют бициклические фосфины - фобаны, представляющие собой смесь симметричных фобанов 1 симм (9-RCH2CH2-9-phosphabicyclo[3.3.1]nonane) и ассимметричных фобанов 1ассим (9-RCH2CH2-9-phosphabicyclo[4.2.1]nonane) [M.Carreira, M.Charernsuk, M.Eberhard, N.Fey, R. van Ginkel, A.Hamilton, W.RMul, A.Guy Orpen, H.Phetmung, and P.G.Pringle, J.Am.Chem.Soc. 2009, 131, 3079], а также алкилфосфиновые производные лимонена, 2 (2-RCH2CH2-4,8-dimethyl-2-phosphabicyclo[3.3.1]nonane), где обычно R - какой-либо углеводородный заместитель [A.Polas, J.D.E.T.Wilton-Ely, A.M.Z. Slawin, D.F.Foster, P.J.Steynberg, M.J.Green and D.J.Cole-Hamilton, Dalton Trans, 2003, 4669] (Схема 1).

Ключевыми интермедиатами синтеза 1 и 2 являются соединения 3 и 4, которые обычно получают взаимодействием диена (циклооктадиен-1,5 для получения 3 [J.P.Mulders, Netherlands Patent 6 604 094, 1966; R.F.Mason, J.L.V.Winkle, US Patent 3,400,163, 1968] и лимонен для получения 4 [A.Robertson, Ch.Bradaric, Ch.S. Frampton, J.McNulty and A. Capretta, Tet.Lett., 2001, 42, 2609]) с газообразным РН₃. В дальнейшем 3 и 4 превращают в целевые фобаны и лимоненфосфины взаимодействием с терминальными алкенами в присутствии радикального инициатора (Схема 2).

Недостатком существующих процессов синтеза бициклических фосфинов 3 и 4-является использование газообразного фосфина, РН₃, обращение с которым (хранение, транспорт и др.), вследствие его высокой токсичности и потенциальной горючести, в существенной степени ограничено.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание эффективного способа получения бициклических фосфинов, использующего менее токсичные по сравнению с РН₃ реагенты, обращение с которыми, например, в части применения, хранения и/или транспортировки, упрощено.

Данная задача решается применением в синтезе бициклических фосфинов фосфида магния, Mg₃P₂, в качестве фосфорилирующего реагента. Замена токсичного РН₃, как реагента синтеза 3 и 4, на менее токсичные продукты, снимает использование специальных ограничений. Помимо того, при увеличении соотношения лимонен/Mg₃P₂ можно получить фосфин 5, содержащий в своем составе два фрагмента лимонена в одной молекуле фосфина (схема 3).

Способ синтеза бициклических фосфинов по настоящему изобретению включает взаимодействие диена, выбранного из группы циклооктадиена и лимонена, с фосфидом магния.

Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение и повышение безопасности способа получения бициклических фосфинов за счет замены токсичного и потенциально горючего РН₃ на более безопасный фосфид магния при сохранении высокой эффективности.

Известно, что фосфид магния является реагентом, используемым в народном хозяйстве. В частности, он широко применяется в качестве фумиганта в сельском хозяйстве и не имеет существенных ограничений при обращении. В отличие от РН₃, фосфид магния практически негорюч, его можно транспортировать и хранить при соблюдении минимальных разумных предосторожностей.

Проведение реакции фосфида магния с диеном по настоящему изобретению приводит к расходованию выделяющегося при этом фосфина в присутствии некоторого количества воды; фосфин, который при этом образуется, сразу же расходуется на образование целевых продуктов, и безопасность проведения синтеза существенно улучшается по сравнению с синтезом бициклических фосфинов непосредственно исходя из РН₃.

Полученные промежуточные продукты могут быть выделены либо переводом в бисгидроксиметильную соль с последующей очисткой и обратным превращением в фосфин, подобно тому, как это было описано в [JACS, 2009, 131, 3078-3092] (выделение 3 в Примере 1), либо перегонкой (выделение 4 в Примере 2). Помимо этого, промежуточные продукты могут быть превращены в целевые фосфины без выделения.

Способ по настоящему изобретению может включать выделение промежуточного продукта. Промежуточный продукт может быть выделен переведением в бисгидроксиметильную соль и последующей очисткой. Для этого, например, реакционную смесь синтеза фосфина 3 обрабатывают водным раствором формальдегида с последующим добавлением соляной кислоты таким образом, как это описано в статье [M.Carreira, M.Charernsuk, M.Eberhard, N.Fey, R. van Ginkel, A.Hamilton, W.RMul, A.Guy Orpen, H.Phetmung, and P.G.Pringle, J.Am.Chem.Soc. 2009, 131, 3079]. Бисгидроксиметилфосфониевая соль, которая выпадает из реакционной смеси, может быть отфильтрована, промыта и высушена. Затем, бисгидроксиметилфосфониевая соль под действием гидросульфита натрия может быть превращена в смесь фобанов 3-симм и 3-асимм. Промежуточный продукт также может быть выделен перегонкой.

Так, реакционная смесь синтеза фосфина 4 может быть упарена, а остаток перегнан в вакууме. Фосфин 4 перегоняется в вакууме при 58-63°С/0,4 мм.рт.ст. В том случае, если лимонен и фосфид магния были взяты в соотношении большем, чем 1:1, помимо 4 образуется и фосфин 5, который может быть выделен перегонкой в вакууме при 145-155°С/0,3 мм.рт.ст.

Способ по настоящему изобретению может включать одну или более стадий.

Способ по настоящему изобретению позволяет получить как промежуточные, так и целевые продукты.

В способе по настоящему изобретению используется инициатор радикальной реакции, например, азодиизобутиронитрил.

Взаимодействие диена с фосфидом магния осуществляют в толуоле.

В способе по настоящему изобретению используются диены, выбранные из 1,5-циклооктадиена и лимонена.

Способом по настоящему изобретению могут быть получены соединения 3 (в частности, в виде 3-ассим (9-фосфабицикло[4.2.1]нонан) и/или 3-симм (9-фосфабицикло[3.3.1]нонан) и 4 (4,8-диметил-2-фосфабицикло[3.3.1]нонан).

Способом по настоящему изобретению могут быть получены также 9-алкил-9-фосфабицикло[4.2.1]нонан (1 ассим), 9-алкил-9-фосфабицикло[3.3.1]нонан (1 симм), 2-алкил-4,8-диметил-2-фосфабицикло[3.3.1]нонан.

Способом по настоящему изобретению может быть получен фосфин 5 (4,8-диметил-2-[2-(4-метилциклогекс-3-ен-1-ил)пропил]-2-фосфабицикло[3.3.1]нонан) (Схема 3). Синтез фосфина 5 при использовании РН₃ не описан в уровне техники, вероятно, его нельзя осуществить таким образом.

Мольное соотношение диена и фосфида магния составляет от 1:1 до 5:1. Мольное соотношение диена и фосфида магния может составлять от 1:1 до 4:1. Соотношение диена и фосфида магния составляет от 1,87:1 до 4:1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявленное изобретение подтверждается следующими примерами, целью которых является лишь иллюстрация вариантов изобретения. Приведенные примеры не являются ограничивающими.

Пример 1. Синтез фосфина 3 с выделением через образование бисгидроксиметилфосфониевой соли

В реактор емкостью 100 мл поместили 18,5 мл (150 ммоль) циклооктадиена-1,5, 10,7 г (80 ммоль) фосфида магния, 0,5 г азодиизобутиронитрила, 45 мл толуола и 10 мл воды, после чего реакционную смесь перемешивали в интервале температур 60-95°С в течение 12 часов. После окончания реакции смесь охладили, раствор был отделен фильтрованием. Фильтрат был упарен, остаток был обработан избытком водного раствора формальдегида. В образующийся вязкий раствор прибавили соляную кислоту, водный раствор был отделен, сконцентрирован, а остаток был обработан изопропанолом. Выпавший осадок был отфильтрован, промыт холодным изопропанолом и высушен. Выход бисгидроксиметилфосфониевой соли в виде двух изомеров 81%. ³¹Р NMR (CDCl₃, 20°С) δ: 55.47 и 21.40.

Порцию 2 г бисгидроксиметилфосфониевой соли поместили в 10 мл пентана. Образующаяся суспензия была обработана 4,6 мл 1М NaOH и 3,5 г твердого NaHSO₃, после чего смесь перемешивалась при комнатной температуре в течение 5 дней. Органическую фазу отделили и упарили. Получили 0,9 г (71%) фосфина 3 в виде двух изомеров 3-симм и 3-ассим. ³¹Р NMR (CDCl₃, 20°С) δ: -48.27 и -53.81.

Пример 2. Синтез фобана-С10 (фосфин 1) без промежуточного выделения фосфина 3

В реактор емкостью 100 мл поместили 18,5 мл (150 ммоль) циклооктадиена-1,5, 10,7 г (80 ммоль) фосфида магния, 0,5 г азодиизобутиронитрила, 45 мл толуола и 10 мл воды, после чего реакционную смесь перемешивали в интервале температур 60-95°С в течение 12 часов. После окончания реакции смесь охладили, раствор был отделен фильтрованием. Фильтрат был упарен, остаток обработан 36,2 г (150 ммоль) децена-1, после чего реакционную смесь перемешивали в интервале температур 60-85°С в течение 12 часов, добавляя порциями раствор 10% раствор 0,5 г азодиизобутиронитрила в толуоле. Образующуюся реакционную смесь упарили, а остаток перегнали в вакууме 160-163°С/ 0,8 мм.рт.ст.Выход фосфина 1 в виде двух изомеров - 1-симм и 1-ассим - 28,7 г (68%). ³¹P NMR (CDCl₃, 20°С) δ: -0.72 и -35.24.

Пример 3. Синтез фосфина 4

В реактор емкостью 100 мл поместили 21 мл (130 ммоль) лимонена, 9,4 г (70 ммоль) фосфида магния, 0,5 г азодиизобутиронитрила, 45 мл толуола и 10 мл воды, после чего реакционную смесь перемешивали в интервале температур 60-85°С в течение 12 часов. После окончания реакции смесь охладили, раствор был отделен фильтрованием. Фильтрат упарили, а остаток перегнали в вакууме при 58-63°С/0,4 мм.рт.ст. Выход фосфина 4 в виде смеси двух диастереомеров 18,6 г (84%). ³¹Р NMR (CDCl₃, 20°С) δ: -73.71 и -98.16.

Пример 4. Синтез фосфина 2 без промежуточного выделения фосфина 4

В реактор емкостью 100 мл поместили 21 мл (130 ммоль) лимонена, 9,4 г (70 ммоль) фосфида магния, 0,5 г азодиизобутиронитрила, 45 мл толуола и 10 мл воды, после чего реакционную смесь перемешивали в интервале температур 60-85°С в течение 12 часов. После окончания реакции смесь охладили, раствор был отделен фильтрованием. Фильтрат был упарен, остаток обработан 34,8 г (130 ммоль) додецена-1, после чего реакционную смесь перемешивали в интервале температур 60-85°С в течение 12 часов, добавляя порциями раствор 10% раствор 0,5 г азодиизобутиронитрила в толуоле. Образующуюся реакционную смесь упарили, а остаток перегнали в вакууме при 180-185°С/0,4 мм.рт.ст. Выход фосфина 2 в виде смеси двух диастереомеров 32,9 г (75%). ³¹P NMR (CDCl₃, 20°С) δ: -46.04 и -52.78.

Пример 5. Синтез фосфина 5

В реактор емкостью 100 мл поместили 9,7 мл (60 ммоль) лимонена, 2,1 г (15 ммоль) фосфида магния, 0,5 г азодиизобутиронитрила, 15 мл толуола и 4 мл воды, после чего реакционную смесь перемешивали в интервале температур 60-95°С в течение 12 часов. После окончания реакции смесь охладили, раствор был отделен фильтрованием. Фильтрат упарили, а остаток перегнали в вакууме при 145-155°С/0,3 мм.рт.ст. Выход фосфина 5 в виде смеси четырех диастереомеров 3,2 г (27%). ³¹Р NMR (CDCl₃, 20°С) δ: -49.81,-50.44,-56.50,-56.58.

Приведенные примеры позволяют сделать вывод о сохранении высокой эффективности предлагаемого способа при упрощении и повышении безопасности по сравнению с использованием РН₃.

Изобретение относится к области получения бициклических фосфинов и может быть использовано в нефтехимической промышленности. Способ синтеза выбранных из группы бициклических фосфинов, в котором в присутствии воды и инициатора полимеризации осуществляют взаимодействие циклооктадиена или лимонена с фосфидом магния. Техническим результатом изобретения является упрощение и повышение безопасности эффективного метода получения целевых фосфинов. 1 з.п. ф-лы, 5 пр.

1. Способ синтеза бициклических фосфинов, в котором в присутствии воды и инициатора полимеризации осуществляют взаимодействие диена, выбранного из группы циклооктадиена и лимонена, с фосфидом магния, в котором бициклический фосфин представляет собой соединение, выбранное из группы

2. Способ синтеза бициклических фосфинов по п. 1, в котором мольное соотношение диена и фосфида магния составляет от 1:1 до 5:1.