2,4-дигидрокси-4-карбокси-3-x-бутан-4-олиды и способ их получения

 

Изобретение относится к способу получения новых, ранее не описанных в литературе 2,4-дигидрокси-4-карбокси-3-X-бутан-4-олидов (X= OH или Cl), перспективных для использования в качестве биологически активных веществ и полупродуктов тонкого органического синтеза. Сущность изобретения заключается в том, что фурфурол подвергают окислению пероксидом водорода в присутствии основания с последующим добавлением кислоты и выделением целевых продуктов. Для ускорения реакции и увеличения выхода продуктов добавляют соединения ванадия. Выходы продуктов 65-73 %. Индивидуальность и строение заявляемых веществ подтверждены комплексом физико-химических методов анализа: ИК и ПМР-спектроскопией, масс-спектроскопией и элементным анализом. 2 с. и 3 з.п. ф-лы., 1табл.

Изобретение относится к области органической химии - синтезу гетероциклических соединений, являющихся структурными аналогами углеводов.

Изобретение относится к способу получения новых, ранее не описанных в литературе 2,4-дигидрокси-4-карбокси-3-X-бутан-4-олидов (X= OH (I), Cl, (II)): Способ получения соединений I и II в литературе не описаны. Они представляют значительный интерес как вещества с потенциально высокой биологической активностью, а также как новые полуфункциональные полупродукты для тонкого органического синтеза. Перспективность заявляемых веществ в качестве биологически активных соединений определяется их близкой аналогией с β -фруктофуранозой и циклической формой пентулозы, которые, как известно, широко распространены в природе и играют исключительную роль в жизнедеятельности организмов: участвуют в ферментативных трансформациях в процессе обмена веществ; служат в живых клетках для построения гликозидной связи, участвуют в биосинтезе углеводсодержащих биополимеров и др. С другой стороны, необходимое сочетание в структуре бутанолидов I и II разнообразных физиологически активных фрагментов, в том числе отсутствующих в молекулах их природных аналогов, позволяет рассчитывать на расширение сферы биологической активности заявляемых продуктов по сравнению с природными углеводами.

Кроме этого, настоящее изобретение решает проблему обеспечения широкой доступности аналогов природных пятичленных углеводов и насыщенных полигидроксилактонов. Это позволяет рассматривать соединения I и II как новые перспективные полифункциональные полупродукты для тонкого органического синтеза. Так, например, они могут быть использованы для легкого синтеза труднодоступных производных аскорбиновой кислоты: новых аналогов тетроновых кислот дефицитных C₅-дикарбоновых кислот и др. Как было сказано выше, способов получения бутанолидов I и II не существует. Более того, теоретически рациональных путей синтеза веществ из их природных аналогов (углеводов) также не существует.

Сущность изобретения заключается в том, что фурфурол подвергают окислению пероксидом водорода в присутствии основания с последующим добавлением кислоты и известными способами выделяют целевые продукты. Для сокращения времени реакции и увеличения выхода продуктов I и II процесс можно проводить в присутствии соединений ванадия. Мольное соотношение компонентов реакционной смеси фурфурол : пероксид водорода : основание : соединение ванадия составляет I : (1,0 - 5,5) : (1,0 - 2,5) + (0,001 - 0,01). Реакцию ведут при 40 - 80^oC.

Индивидуальность и строение соединений I и II подтверждены комплексом физико-химических методов анализа: ИК и ПМР-спектроскопией, масс-спектроскопией и элементным анализом.

Приводим примеры конкретной реализации заявляемого способа получения 2,4-дигидрокси-4-карбокси-3-X-бутан-4-олидов I и II.

К смеси 0,3 моля (29 г) фурфурола, 0,33 моля (34 г) Na₂CO₃, 1,5 моля пероксида водорода и 0,0008 моля (0,13 г) VOSO₄, полученной перемешиванием при 60^o, добавляют серную кислоту, упаривают, хроматографируют на колонке, выделяют 36,0 г (68%) продукта 1 с Т_пл. 63 - 65^oC. Спектр ПМР в (CD₃)₂CO ( δ , м. д.) : 6,65 с (4H, OH), 4,55 с (2H). ИК спектр в KBr (см^-1) : 1710 (C = О_соон), 1750 (C = О_лакт), 3400 (OH). Найдено %: C 32,92; H 3,61. C₅H₆O₇. Вычислено %: C 33,74; H 3,37.

2,4-дигидрокси-4-карбокси-3-хлорбутан-4-олид (II).

Синтез ведут аналогично методике получения соединения (I).

Вместо серной кислоты используют соляную кислоту, после хроматографирования на колонке получают 42,4 г (72%) продукта II с Т_пл. 136 - 138^oC. Спектр ПМР в (CD₃)₂CO : 7,35 с (3H, OH), 4,90 д (0,3H, 3,0), 4,80 д (0,3H, 3,0), 4,74 д (0,7H, 5,0), 4,62 д (0,7H, 5,0). ИК спектр в KBr (см^-1) : 1700 (C= О_соон), 1740 (C=О_лакт), 3400 (OH). Найдено %: C 31,20; H 3,04; Cl 18,22. C₅H₅ClO₆. Вычислено %: C 30,54; H 2,54; Cl 18,07. Масс-спектр, m/z (интенсивность по отношению к максимальному пику, %): 29 (100,0), 70 (26,68), 71 (42,75), 76 (17,86), 77 (17,27), 78 (17,50), 79 (18,64), 88 (20,39), 89 (35,99), 94 (31,80), 99 (15,22), 105 (28,27), 107 (20,89), 123 (52,99), 125 (17,24), 151 (28,57), 153 (9,39), 197 (0,96), 199 (0,56).

В таблице представлена зависимость выхода продуктов I и II от реакционных условий и соотношения компонентов. Поскольку выход продуктов в присутствии различных ванадиевых катализаторов (VOSO₄, V₂O₅, VO(acac)₂) и различных гидроксидов и карбонатов натрия и калия в одних и тех же условиях практически одинаков, табличные данные приведены для варианта, в котором использовались VOSO₄ и Na₂CO₃. Из приведенных данных следует, что оптимальными условиями процесса являются: температура реакции 40 - 80^oC, мольное соотношение фурфурол: пероксид водорода: карбонат натрия: сульфат ванадия, равное I : (1,0 - 5,5) : (1,0 - 2,5) : (0,001 - 0,01).

Формула изобретения

1. 2,4-Дигидрокси-4-карбокси-3-Х-бутан-4-олиды общей формулы

где Х - OH или Cl.

2. Способ получения 2,4-дигидрокси-4-карбокси-3-Х-бутан-4-олидов по п.1, отличающийся тем, что фурфурол подвергают окислению пероксидом водорода в присутствии основания с последующим добавлением кислоты и выделением целевого продукта.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии соединения ванадия.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что процесс ведут при мольном соотношении фурфурол : пероксид водорода : основание : соединение ванадия, равном 1 : (1,0 - 5,5) : (1,0 - 2,5) : (0,001 - 0,01).

5. Способ по пп.2 и 3, отличающийся тем, что реакцию ведут при температуре 40 - 80^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1