Способ получения 2,6-Д @ -циклогександиола-1,3-Д @ Советский патент 1992 года по МПК C07C35/14 

Изобретение относится к синтетической органической фотохимии, в частности к способу синтеза диолов циклогексанового ряда, содержащих атомы дейтерия в 2,6-по- ложениях цикла и у атомов кислорода гид роксильных гругп.

Дейтерийсодержащие органические вещества широко используются для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа, синтеза химических соединений, содержащих изотопы и в спектроскопии.

Особенно важны изотопозамещенные органические вещества в научных исследованиях, где они находят применение для изучения процессов обмена веществ в живых организмах, превращений белков, жир- ных кислот и аминокислот, процессов фотосинтеза в растениях. Низкомолекулярные дейтерийсодержащие соединения нашли широкое применение в качестве растворителей в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и инфракрасной спектроскопии (ИКС).

Эти растворители благодаря спектральной прозрачности в области протонного резонанса и изменению частот колебаний в ИК-спектрах позволяют изучать структуру органических веществ, характер межмолекулярных взаимодействий, кинетику обменных процессов. Кроме того, органические вещества, содержащие дейтерий, позволяют изучать процессы метаболизма и транспорта лекарств, гербицидов, ядов и т.д. в организмах животных и растениях.

Примером соединения, обладающего комплексом полезных свойств, выразившихся в широком применении для получения гербицидов, полимерных композиций, специфического экстрагента и компонента для приготовления противовуалевых фотографических эмульсий является циклогек- сандиол-1,3. Наличие атомов дейтерия в молекуле циклогександиола-1,3 позволяет осуществлять контроль за динамикой поведения этого соединения в растениях, полимерных композициях, фотоматериалах и др. Для введения атома дейтерия в молекулу органического вещества используют реакции гидрирования, изотопного обмена подвижных протонов или специальные методы, предполагающие введение групп, содержащих дейтерий, в несколько стадий. Известны способы синтеза циклогек- сан-1,3-диола, не содержащего дейтерий, основанные на реакциях гидроборирования - окисления цикло- гексен-2-ола или циклогексадиена-1,3, ок- симеркурирования - восстановления циклогексен-2-ола-1, каталитического гидрирования резорцина, окисления бицикли- ческих напряженных углеводородов или циклогексанона, восстановления эпоксида циклогексен-2-ола-1, гидроксибромирова- ния - гидролиза 1-метоксициклогексена-2. Среди известных способов синтеза цикло- гексан-1,3-диола (аналоги), которые приведены, отсутствуют методы, в которых бы происходили процессы внутримолекулярного окислительно-восстановительного диспропорционирования одного какого-либо соединения. 2,6-0 1-Циклогексэндиол- 1.3-D2 является новым соединением и способ синтеза его не описан.

Однако по существу происходящих химических превращений наиболее близким к предлагаемому способу являются методы, включающие процессы окисления и последующего восстановления или обратную последовательность реакций. Сюда относятся

0 методы, где в качестве исходного продукта используют циклогексен-2-ол-1, который подвергают гидроборированию - окислению или оксимеркурированию - восстановлению.

5К недостаткам этих методов относится

высокая стоимость исходных циклогексен- 2-ола-1 и гидроборирующих или оксимерку- рирующих реагентов. Кроме того, используемые гидроборирующие бо0 рорганические и ртутьсодержащие ок- симоркурирующие реагенты относятся к высокотоксичным веществам, работа с которыми требует осторожности и последующей утилизации отходов, загрязняющих окружа5 ющую среду.

Недостатком всех указанных методов является их .неприемлемость для синтеза 2,6-О4-циклогександиола-1.3-D2.

Для получения дейтерированных спир0 тов используют различные методы в зависимости от количества и положения изотопа водорода в молекуле. Так. СНзОО синтезируют гидролизом диметилоксалата в присутствии дейтерийоксида или разложением

5 тяжелой водой метилата магния.-Синтез CH2DOD осуществляют по методу Холфорда гидролизом D20 диазометана в кислой среде. Полностью дейтерированный метиловый спирт (CDaOD) может быть получен

0 восстановлением окиси углерода дейтерием над медно-цинк-хромовым катализатором. Согласно известному методу, приемлемому в лабораторных условиях, ООзОО получают восстановлением пропи5 ленкарбоната литийалюминийгидридом-О/). Для синтеза дейтерийсодержащих этиловых спиртов также используют реакции гидролиза и восстановления исходя из таких дейтерированных субстратов как тяже0 лая вода и литийалюминийгидрид-04. Гидролизом диэтилсульфита избытком тяжелой воды получают C2HsOD, а восстановлением литийал юминийгидридом-О-з фенилацетата - СНзС020Н, Синтез цикло5 гексанола-1-D осуществляют восстановлением по Меервейну-Понндорфу-Верлею циклогексанона изопропилатом-2-D алюминия в пропаноле-2-2-0.

Известные способы не могут быть использованы для получения 2.6-0, -циклогександиола-1.3-02. гак как лежащие в основе этих способов реакции не позволяют ввести атомы дейтерия в требуемые положения циклогексанового скелета.

Целью изобретения является разработка удобного способа синтеза нового дейтерийзамещенного производного циклогександиола-1,3, а именно 2.5-D4- циклогександиола-1,3-02 на основе легкодоступного 2,6-О/1-циклогексанона, которое может быть использовано для изучения динамики поведения 1,3-циклогександиола в различных объектах: в растениях, полимерах, фоторегистрирующих композициях.

Поставленная цель достигается проведением фотохимически-и идуцироваиного окислительно-восстановительного диспро- порционирования 2,6-04-циклогексанона в дейтерированной воде под действием света лампы ДРШ-500 при 20-100°С в течение 0,5-1,2 ч. Образующийся целевой продукт остается в воде после экстракции органическими растворителями реакционной смеси. Для выделения 2,6-О4-циклогександиола- 1.3-D2 воду удаляют в вакууме на роторном испарителе. Оптимальным соотношением циклогексанон:020 является молярное соотношение (0,02-0.2):(50-49.6). Верхний предел концентрации задается растворимостью циклогексанона в воде при 100°С{2 г на 100 мл), нижний - нецелесообразностью проведения процесса в связи со снижением эффективности (низкий выход при значительных энергозатратах). Максимальный выход целевого продукта при оптимальном соотношении реагентов и продолжительности реакции 51 мин достигает 7%:

ОOD

° - hP.f + D20

OD

Синтез изотопно-замещенного субстрата с таким выходом в одну стадию следует считать высокоэффективным, так как введение дейтерия с помощью обменных процессов протекает с достаточно низким выходом. Содержание дейтерия в 2.6-D4- циклогександиоле-1.3-D2 в указанных положениях составляет 97%, Исходный 2.6-04-циклогексанон получают из легкодоступного промышленного циклогексанона, который посредством водородного обмена в щелочной среде (NaOD в DaO) переходит в 2,6-04-циклогексанон.

П р и м е р 1. Получение 2,6-04-цикло- гександиола-1,3-02.

10 мл 0,2 М раствора 2,б-О4-циклогекса- нона в D20 облучают в кварцевой колбе с обратным холодильником при 100°С светом

VJU

и

ртутной лампы ДРШ-500. прошедшим теп ловой фильтр. Время полного разложения кетонэ 51 мин. Водную смесь продуктов фотолиза трижды экстрагируют хлористым ме- тиленом при комнатчой температуре Общий объем экстрагента 60 мл. Водный раствор упаривают на вакуумном испарителе при 60°С.

Выделенный продукт имеет т кип. 0 135°С/13. по18 5- 1.4478.

Найдено, %: С 59,2; (Н - D) 14,5.

СеНбОб02.

Вычислено, %: С 59,0: (Н -- D) 14,8 ИК - спектр, v. 2920 (СН); 2850. и 2480 (OD): 2190 и 2090 (СО) 14.8.

Спектр ЯМР13 С (CD3OD): для цис- изомера: 01.з70.2 м.д.; 02 42.0 м.д. (5 ли- ний J 18 Гц); 04 34,4 м.д. ; ofe 33,6 м.д. (5 линий J 18 Гц); 05 20,9 м.д.; для трансизомера: 71,з 68,8 м.д.; 0J, 40,4 м.д. (5 линий J 18 Гц); 0433,5 м.д.; О&32.8

м.д. (5 линий J 18 Гц); 0s 19,7 м.д. UU

D,

30

35

40

50

55

ПМР-спектр (СОзОО): для цис-изоме- ра: 01,з 3,60 м.д. (2 протона): щ 1,95 м.д. (1 протон); 1,84 м.д. (1 протон), 0s 1.33 м.д, (1 протон); 1,23 м.д. (1 протон): для транс-изомера: 01.з 4,08 м.д, (2 протона); О4,5 1.76 (1 протон); 1.72 м.д. (2 протона); 1,53 м.д. (1 протон).

содержание изомеров, определенное по спектрам ПМР и ЯМР С. записанным в количественном режиме, составляет: цис- изомер 62%, транс-изомер 38%, Выход 7% (14 мг). Молярное соотношение реагентов 0,2:49,6.

П р и м е р 2. 10 мл 0.02 М раствора 45 2,6-04-циклогексанона в D20 облучают в условиях, описанных в примере 1, в течение 30 мин. Водную смесь продуктов фотолиза трижды экстрагируют хлороформом при комнатной температуре, Общий объем экстрагента 60 мл. Водный раствор упаривают на вакуумном испарителе при 60°С. Выход 2,6-04-циклогександиола-1,3-02 7% (1,4 мг). Молярное соотношение реагентов 0,02:50.

П р и м е р 3. 10 мл 0,2 М раствора 2,б-04-циклогексанона в D20 облучают в кварцевой колбе с обратным холодильником при 60°С как описано. Время полного фотолиза кетона 57 мин, Водную смесь продуктов фотолиза трижды экстрагируют

четыреххлористым углеродом при комнатной температуре. Общий объем экс- трагента 60 мл. Водный раствор упаривают на вакуумном испарителе при 60°С. Выход 2.6-О4-циклогександиола-1,3- DZ 7% (14 мг). Молярное соотношение реагентов 0,2:49,6.

Пример 4. 10 мл 0,02 М раствора 2,6-04-циклогексанона в D20 облучают в кварцевой колбе аналогично примеру 3 до полного фотолиза кетона, время которого 40 мин. Дальнейшая обработка аналогична примеру 1. Выход 2.6-О4-циклогександиола- 1,3-Da 5% (1 мг). Молярное соотношение реагентов 0.02:50.-

П р и м е р 5. 10 мл 0,2 М раствора 2,6-04-циклогексанона в DaO облучают в кварцевой колбе с обратным холодильником при 20°С светом ртутной лампы ДРШ- 500. Время полного фотолиза кетона 90 MVIH. Выделение целевого продукта проводят аналогично примеру 4. Выход 2,6-04-циклогександиола-1,3-0 7% (14 мг). Молярное соотношение реагентов 0,2:49,6.

Пример 6. 10 мл 0,02 М раствора 2.6-О4-циклогексанона в DaO облучают в

кварцевой колбе, как описано в примере 5 Время полного фотолиза кетона 47 мин. Выделение целевого продукта проводят аналогичнопримеру4.Выход 2,6-О4-циклогексэндиола-1,3-02 6% (1.2 мг). Молярное соотношение реагентов 0,02:50. Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить синтез 2,6-04-цик- логександиола-1.3-О2 - дейтерийсодержащего аналога практически полезного 1,3-циклогександиола, который может быть использован для изучения механизмов химических реакций и биологических процессов с участием 1,3-циклогександиола.

Формула изобретения Способ получения 2,б-О4-циклогексан- диола-1,3-D2,отличающийся тем,что 2,6-04-циклогексанон и дейтерийоксид при лх молярном отношении 0,02-0,2:50-49,6 подвергают фотоиндуцированной изомеризации при 20-100°С в течение 0,5-1,2 ч с последующей экстракцией реакционной массы хлористым метиленом и выделением целевого продукта упариванием в вакууме его-ЕГСгдн ого раствора.

Использование: для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа. Сущность изобретения:про- дукт:2,6-04-циклогександиол-1,3-О2, БФ СбНеОб02, т.кип. 135°С/13 мм рт.ст., по18 5 1,4478, выход 7%. Реагент 1: 2,6-04-цикло- гексанон. Реагент 2: дейтерийоксид. Условия реакции: фотоиндуцированная изомеризация при 20-100°С, 0,5-1.2 ч. V s Ј 2 01 XI сь