Способ получения метилзамещенных 1,4,6,9-тетраокса-5-фосфаспиро/4,4/ нонанов Советский патент 1985 года по МПК C07F9/40 C07F9/535 

Изобретение относится к химни фос форорганических соединений, а именно к новому способу получения метилзамещенных 1,4,6,9-тетраокса-5-фосфаспиро(4,4) нонанов общей формулы -«xfo О О где R - 1,2- или 2,3-алкилен-С2-С которые представляют собой циклические эфиры орто-формы метилфосфоновой кислоты (органоспирофосфораны) (ао) MeP(OEt) где R (CHj).,. Недостатками этого способа являются ограниченность единственным примером, а также использование в процессе труднодоступного исходного фосфина и взрывоопасной перекиси этила наряду с неоднозначным направ

НШ,

жУс .-

о 0- з О 0

где С-СМе.

К недостаткам этого способа относятся его ограниченность одним примером, соответствующим пространствен но затрудненному радикалу R, а также использование в процессе труднодоступных исходных соединений-малоустойчивого амида натрия и гидрофосфорана.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаеМеР(ТЯМеОг MeP(OROl1)j;

-гмегтт

х

-СУ

где R CHjCHj; Me C-CMe

2

мому результату является способ получения спирофосфоранов формулы (I), где R - этилен или тетраметицэтилен вз аимодействием метштдиаминофосАина с двумя эквивалентами соответствующего гликоля при нагревании до 3585 С с последующей обработкой реакционной смеси енамином, например пирролидино-1-циклопентеном-1, которьй является внешним окислителем 3J,

Me о i G

Х Iу

°АНО

Не 0.1 о

о о и могут быть использованы для синтеза новых типов фосфорорганических соединений, а также в качестве фосфорилирующих и комплексообразующих реагентов. Известно образование простейшего спирофосфорана формулы (I), где R - этилен, которое наблюдалось по спектрам ЯМР Н, р при последовательном взаимодействии метилдиэтоксифвсфина с перекисью этила и этиленгликолем в среде хлористого метилена, причем это соединение не было выделено в индивидуальном состоянии fij . ZHOROH PtoeiV -4ROH лением процесса и образованием ряда побочных соединений, что затрудняет выделение целевого продукта. Известен способ получения спирофосфорана формулы (I), где К - тетраметилэтилен, с выходом 90% металлированием гидрофосфорана амидом натрия в среде органического растворителя при 50 С в те1ение 2 ч с последующим взаимодействием натрийпроиэводного с йодистым метилом 2 . Однако выходы целевых продуктов не определены, их строение подтверждено только данными П, Р, что может быть связано с побочными проце сами (присоединением Р-Н и 0-Н кисло к двойной связи азот-углерод енамина Недостатками известного способа являются ограниченность двумя целевыми продуктами, использование крайне труднодоступных исходных соедине НИИ - метилдиаминофосфина и енамина, необходимость нагревания смеси, а та же наличие побочных процессов, что препятствует выделению целебых проду тов из реакционной смеси с удовлетворительными выходами. Таким образом, известны только два спирофосфорана формулы (I), кото рые были получены трудоемкими способами из труднодоступных соединений, что существенно затрудняет использование этих соединений в органическом синтезе и в практических целях. Цель изобретения - упрощение процесса, повьшение выхода и расширение ассортимента целевых продуктов. I Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения метилзамещенных 1,4,6,9-тетраокса5-фосфаспиро(4,4) нонанов формулы (I), в качестве органофосфина исполь НШШ,ШзК CtCHxPCh ,N-HCr HOROH, -tlslvf НС1 I О HORO где R 1,2- или 2,3-ал1 :илен-С -С . Такое превращение в химии фосфорорганических соединений является новым и неожиданным, причем получение спирофосфоранов (I) по реакции, приведенной выше, является однозначньм доказательством предложенной схемы окислительно-восстановительного процесса, ранее не известного. Реакцию необходимо ПРОВОДИТЬ при температуре от -70 до -50°.С, так HOROH HOR -СН,С1 (А) О А где R 1, 2- или 2,3-алкилен-С2 -С, . зуют хлорметшгдихлорфосфин и процесс ведут в присутствии трнэтилпмина в среде диэтилового эбира при температуре от -70 до -50 С в атмосфере инертного газа. В реакцию желательно вводить триэтиламин в 40-70%-ном избытке от стехиометрии. Предлагаемьй способ получения спирофосфоранов формулы -(Т) позволяет получать целевые продукты с выходом до 92% на основе простейшего легкодоступного хлорметилдихлорфосфина,получаемого в одну стадию из промышленного продукта - треххлористого фосфора, и является новым методом образования органоспиро- фосфоранов непосредственно из органофосфинов в одну стадию в отсутствии внешнего окислителя. Предлагаемый способ основан на оригинальной реакции: нуклеофильное замещение атомов хлора у атома фосфора в хлорметилдихлорфосфине первым эквивалентом гликоля приводит к циклическому эфиру (Л), который перегруппировывается в хлорилид (Б), последний взаимодействует с вторым эквивалентом гликоля и через образование алкоксиилида (В) дает спирофосфоран (I) J - CH,P..R oJ5o 13 как повышение температуры проведения процесса приводит к появлению значительных количеств побочного продукта - спирогидрофосфорана (Г) вследствие реакции расщепления связи фосфор-углерод на стадии циклического эфира (А). Выход целевых продуктов (1) в этом случае снижается до 30 - 50% , причем требуется дополнительная очистка натрием. l. О 1 О -R-oo о о о (t-, Избыток триэтиламина, взятый в 40-70% от стехиометрии, подавляет побочньй процесс. прИЕСдеиньй вьшге, при проведении реакции при -70 -50 С. Уменьшение количества триэтиламина несколько снижает выход целевых продуктов. . Проведение реакции при температурах ниже -70°С нецелесообразно, так как требуются дополнительные затраты энергии на охла адение смеси причем скорость процесса значительно з.амедляется и для завершения реак ции .требуется повышение температуры до -70 - -50°С,. Полученные соединения (I) - устойчивые бесцветные жидкости, перего няющиеся при лонюкенном давлении, или легкоплавкие кристаллы, могут храниться в течение длительного времени без изменения. Состав и строени целевых поодуктов (I) подтверждены даинь1ми ЯМР Н, Р и элементного анализа. Спирофосфораны (16.в)j вклю чающие два или четыре асимметр.ичёских атома углерода в молекуле,.представляют собой смеси стереоизомеров различающихся в спектрах ЯМР Н, Все реакции, и выделение целевых продуктов проводят в атмосфере инер ного газа с использованием абсотютн го растворителя. Пример 1. 5-Метш1-1,45бз9тeтpaoкca-5 фoeфacпиpo(4,.4)нoнaн (1 К раствору 22,3 г ( моль) этиленгликоля и 93 г (0,92 моль) тр этиламина {70%-ный избыток в 500 мл диэтилового эфира)5 охла аденному до , при переме яивании добавляют по каплям раствор 27,3 г (0,18 моль хлорметилдихлорфосфина в 100 мл диэтилового эфира. Температуру реакционной смеси повьпиают до комнатной осадок фильтруют5 фильтрат вьщерживают над натрием (2 г) для удаления следов гидрофосфорана, хлоргидрата триэтиламнна и этилеигликоотя, вновь фильтруют, растворитель отгоняютj остаток перегоняют в вакууме. Получают 22,4 г (75%) соединения (1а) т,кип, 48°С ( 0,,05 мм рт.ст.), т.пл. 28-30сI nil 1,4619;..8 (СИ.) 1,55 м.д, (д); 2 :i (РСП) 17Гц, 8(ОСН2) 3,5-4 м.д. (M)§Up-8.d м.д Физико-химические константы соедине НИИ (1а) совпадают с литературными данньЕ 1и 1 и 3. Пример 2. 2,5,7-Триметил1,4,6,9-тетраокса-5-фосфаспиро(4,4) нонан (1 б). Аналогично npjmepy 1 из 15,2 г (0,2 моль) 1,2™пропиленгликоля, 48,5 г (0,48 моль) тризтиламина (60%-мый избыток) и 15,2 г (0,1.моль хлорметилдихлорфосфина в 300 мл диэтилового эфира при температуре -60 С получают 13,6 г (70%) соединения ..(16); т „кип. 40 °С (0,03 ш-i рт.ст); пд° 1,4501 ;8 ( 1,52; 1,55; 1,58 м,д. (три д) J (РСН). 17 Гц; () 1,18; 1,20; 1,22м.д, (три д.) :J(HCCH) 5 Гц; S (осилено) 3-4,3 м.д. (м) 5р -9,16 л -9,39 м.д. - сигналы стереоизомеров. НайденоJ %: С 43,06; И 7,85; Р .16,11, С,Н,, Вычислено, %: С 43,40; Н 7,79; Р 15,95; Пример 3, ,5,7,8-Пентаметил-1,4,6,9-тетраокса-.5-фосфаспиро(4э4)нонан (1в). Аналогично примеру 1 из 9 г (0,1 моль) 2J3 бутиленгликоля, 21,2 г (0,21 моль) триэтиламина (40%-ньй избыток) и 7,6 г (0,05 MOJjb) х.лорметилдихло.рфосфина в 180 мл диэтилового эфира при температуре получают г (83%) соединения (.1в); т,кип, 55С (0,08 мм рт.ст) п 1,4430; Б (СНзР) 1,55; 1,58; 1,63 м.д, (три д) : (РСН) 17 Гц; S () 1-1,3 м.д/(м); S (ОСИ) 3,33,7 м.д. (м); 5р -15 505 и 15,2 м.д. сихналы стереоизомерОЕ. Найдено, %: С 48,29; Н 8,50; Р 13,76 СдН,, . . Въ 1-ислено, %: С 48,64; Н 8,62; Р 13,94„ П Р и м е Р. 4. 2, 2 .J 3,3,5,7, 7, 8,8-Но1 аметил--1,4,6, 9-тетраокса-5фосфаспиро(4,4)нонан (1 г). Аналогично примеру 1 из 22,2. г (0,188 мо.пь) пчна1сопа (2,3-диметил2.;3-5утил.ш1Ь:ликоля) , 45,6 г (0,45 моль) триэтиламртна (60%-ный . избыток) и 14,2 г (Os094 моль) ;,1юрметил,циклорфосфина в 400 мл диэтн,г;окого зфпра Г1ри температуре после перезсристаллизации из хлористого метилена получают 24 г (92%) соедипекня (1г); т.пл. 5850 С;8 () К57 м.д. (д) ; (VCH) 18 Гц;о(СНзС) 1,10м д. (м);8р22,24 м.д. Физико-химические конста ты соединения (1г) соппадают с лите ратурными данными 2 и 2J . Пример 5. 5-Метил-1,4,6,9тeтpaoкca-5-фocфacпиpo(A,4)нoнaн(1a Аналогично примеру 1 из 12,4 г (0,2 моль) этиленгликоля 36,4 г (0,36 моль) триэтиламина (20%-нь й избыток) и 15,2 (t),1 моль) хлормети дихлорфосфина в 200 мл диэтилового эфира при температуре -40 С после длительного кипячения над натрием (очистка от значительной примеси гидрофосфррана Бр -26,8 м.д.(д); З(РН) 830 Гц) получают 5 г (30%) соединения (1 а) с физико-химическими константами, идентичными получен в примере 1. Пример 6. 2,5,7-Триметил1,4,6,9-тетраокса-5-фрсфаспиро(4,4) нонан(16). Аналогично примеру 2 из 15,2 г (0,2 моль) 1,2-пропиленгликоля, 30,3 г (0,3 моль) триэтиламина (нет избытка) и 15,2 г (0,1 моль) хлорметилдихлорфосфина в 250 мл диэтило вого эфира при температуре -50 С по ле длительного кипячения над матриём очистка oi значительной npin teси гидрофосфорана SP -27,5 м.д. (д); h(PH) 825 Гц) получают 9,7 г (50%) соединения (1б) с физико-химическими константами, идентичными полученHbw в примере 2, Таким образом, предлагаемый способ получения метилзамещенных 1,4,6, 9-тетраокса-5-фосфаспира(4,4)нонанов позволяет получать целевые продукты с высокими выходами из легкодоступных соединений. Кроме того, способ отличается простотой, не требует сложного аппаратурного оформления и может быть легко распространен на спирофЬсфораны разнообразного строения. Способ основан на новой и неожиданной перегруппировке, которая сопровождает нуклеофильное замещение и является, по существу, внутримолекулярным окислительно-восстановитель- ным процессом нового типа, который позволяет осуществить одностадийный синтез целевых продуктов.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛЗАМЕЩЕННЫХ 1,4,6,9-ТЕТРАОКСА-5-ФОСФАСПИРО