Способ получения 2,5-диалкокси-2,5-дигидрофуранов

 

Изобретение относится к области органической химии - получению труднодоступных гетероциклических соединений в ряду 2,5-диалкоксидигидрофуранов, именно 2,5-диалкокси-2,5-дигидрофуранов, формулы I, где R - алкил и R¹ - атом водорода или метил, являющиеся полупродуктами в синтезе химических реактивов и биологически активных веществ. Сущность изобретения заключается во взаимодействии фуранового соединения и окислителя в присутствии спирта и соединения ванадия, пpичем в качестве фуранового соединения используют фуран или 2-метилфуран, а в качестве окислителя - пероксид водорода и соединения ванадия при мольном соотношении фурана или метилфурана, спирта, пероксида водорода и соединения ванадия, равном 1:(1-30):(0,5-5):(0,001-0,1), при температуре 0-70°С. Индивидуальность и строение полученных соединений подтверждены комплексом физико-химических методов анализа. Этот способ позволяет упростить процесс и повысить его экономичность.

2 табл.

Изобретение относится к области органической химии - синтезу труднодоступных гетероциклических соединений в ряду замещенных гидрофуранов, являющихся полупродуктами для получения важных химических веществ. Изобретение относится к новому способу получения 2,5-диалкокси-2,5-дигидрофуранов общей формулы (I) где R - алкил; R¹ - H, метил.

Вещества строения (I) представляют собой удобные источники весьма неустойчивого диальдегида (II), который используется без выделения из реакционной смеси в синтезе целого ряда ценных химических полупродуктов и биологически активных соединений (S. Kiyohiro et al., Heterocycles, 1994, v. 38, N 4, c. 1745-46; J. Saito et al., Tetrahedron Letters 1986, v. 27, N 24, c. 2757-60; A. L.Feliu et al., J. Org. Chem., 1985, v. 50, N 4, c. 447-51; Эльминг Н.А., Успехи органической химии, 1964, т.2, с. 62-67).

В литературе описаны две основные методики получения 2,5-диалкокси-2,5-дигидрофуранов. Одна из них основана на реакции электрохимического алкоксилирования фурана в присутствии брома (A.L. Feliu et al., J. Org. Chem., 1985, v. 50, N 4, c. 447-51; Z. Ogumi, S. Ohnashi et al., J. Chem. Soc. Jap. 1984, N 11, c. 1788-93; А.А.Пономарев, И.А.Маркушина, Уч.зап. СГУ им. Н.Д. Чернышевского, 1959, с. 135-42) или бромсодержащих соединений (N. Clauson - Kaas et al., Acta Chem. Scand., 1984, v. 2, c. 109-115; M.J.Mederios et al., Port Electrohim Acta, 1989, v. 7, c. 47-50). Несмотря на хороший выход продуктов (до 65-75%) в некоторых вариантах этой методики, он имеет существенные недостатки - многостадийность, значительную энергоемкость (требуется высокое напряжение для осуществления процесса), необходимость использования высокотоксичных реагентов и растворителей (брома и его соединений, метилового спирта) и низких температур (до - 30^oC). Кроме того, в процессе используются быстрорасходуемые и дорогостоящие Pt- и Pd-электроды, а ассортимент целевых продуктов практически ограничен метоксипроизводными (2,5-диметокси-2,5-дигидрофуранами) в связи с побочными электрохимическими превращениями высших спиртов.

Другой способ, являющийся прототипом заявляемого изобретения, основан на реакции фотохимического сенсибилизированного окисления фуранов кислородом в метаноле в присутствии соединения ванадия (V₂O₅) (G.O.Schenck. Lieb. Ann. Chem. , 1953, Bd. 584, N 2/3, c. 156-176; B.L.Feringa et al., Tetrahed. Letters, 1982, v. 23, N 8, c. 1941-42). Он заключается в том, что 2-алкил- или 2,5-диалкилфуран растворяют в большом количестве метанола, добавляют сенсибилизатор (Rose Bengal) и V₂O₅, через полученный раствор при облучении жестким ультрафиолетом пропускают кислород, получают 2,5-диметокси-2,5-диалкилфураны. Этому способу присущи общие недостатки методологии фотохимического окисления - очень большая длительность процесса (1-8 суток и более), необходимость использования специального оборудования, значительное потребление энергии (длительное облучение ртутными лампами большой мощности), необходимость проведения реакции в сильно разбавленных растворах, необходимость абсолютирования растворителя и реагентов.

Таким образом, указанные способы обладают целым рядом существенных недостатков, не позволяющих решить проблему широкой доступности 2,5-диалкокси-2,5-дигидрофуранов (I). В заявляемом способе эти недостатки устранены.

Сущность изобретения заключается во взаимодействии фурана или метилфурана и окислителя в присутствии спирта и соединения ванадия. Новый способ отличается тем, что для достижения указанной цели процесс ведут в концентрированной водно-спиртовой среде действием в качестве окислителя пероксида водорода при мольном соотношении фурана или метилфурана, спирта, пероксида водорода и соединения ванадия, равном 1 : (1-30) : (0,5-5) : (0,001-0,1), при температуре процесса 0-70^oC.

Упрощение способа достигается за счет а) устранения необходимости в оборудовании для фотохимических реакций (по новому способу используется типовое оборудование для обычных химических реакций); б) устранения необходимости проведения реакции в сильно разбавленном растворе (по новому способу процесс ведут в концентрированной реакционной среде, что облегчает выделение продукта); в) замены абсолютированного растворителя на водно-спиртовый раствор (ликвидируются стадии тщательной осушки компонентов реакции).

Повышение экономичности достигается за счет снижения энергетических затрат, поскольку а) исключаются затраты на проведение длительного энергоемкого фотохимического процесса; б) в результате использования значительно более концентрированного реакционного раствора сокращаются энергозатраты на стадии выделения продуктов;
в) процесс удешевляется в результате исключения стадии абсолютирования реакционных компонентов;
г) за счет использования водно-спиртовой среды снижается расход спирта.

Индивидуальность и строение соединений (I) подтверждены ИК- и ПМР-спектроскопией, масс-спектрометрией и элементным анализом, в том числе при сопоставлении их физико-химических характеристик с литературными данными.

Приводим примеры конкретной реализации заявляемого способа получения 2,5-диалкокси-2,5-дигидрофуранов.

2,5-Диэтокси-2,5-дигидрофуран (1а). 23,8 г (0,35 моль) фурана перемешивают с 75 мл (0,70 моль) 30%-ного пероксида водорода, 2,1 г (0,007 моль) VOSO₄ и 100 мл этанола в течение 6 ч, экстрагируют серным эфиром, сушат над Na₂SO₄, отгоняют растворитель, остаток перегоняют в вакууме, получают 7,1 г (32% на прореагировавший фуран) продукта с Т. кип. 70-75^oС/10 (71-73^oС/12 лит.).

ИК-спектр: 1115 и 1130 (C-O-C); 1350 и 1370 (C₂H₅); 1635 (C=C); 2895, 2940 и 2990 (CH) см^-1. Спектр ПМР (CDCl₃): 1,24 (6H, т, CH₃); 3,68 (4H, м, OCH₂); 5,68 (2H, с, 2,5-H); 6,07 (2H, с, 3,4-H), d²₄⁰ 1,0031 (1,0019 лит.).

n²_D⁰ 1,4340 (1,4309 лит.). Найдено: C 60,54; H 8,86%. Вычислено: C 60,74; H 8,92%.

2,5-Диметокси-2,5-дигидрофуран (1б). Синтез ведут по методике получения продукта (1а), получают 6,9 г (34% на прореагировавший фуран) продукта с Т. кип. 48-51^oС/10 (51^oС/12 лит.). ИК-спектр аналогичен соединению (1а), d₄²⁰ 1,0566 (1,0713 лит.). n²_D⁰ 1,4320 (1,4328 лит.). Найдено: C 64,42; H 9,69%. Вычислено: C 64,52; H 9,68%.

2,5-Диизопропокси-2,5-дигидрофуран (1в). Синтез ведут по методике получения продукта (1а), получают 7,3 г (30 % на прореагировавший фуран) продукта с Т. кип. 81-83^oС/10 (83-84^oС/12 лит.). ИК-спектр аналогичен соединению (1а), d²₄⁰ 0,9545 (0,9539 лит.). n²_D⁰ 1,4277 (1,4284 лит.). Найдено: C 64,60; H 9,79%. Вычислено: C 64,52; H 9,73%.

2,5-Дибутокси-2,5-дигидрофуран (1г). Синтез ведут по методике получения продукта (1а), получают 6,8 г (26 % на прореагировавший фуран) продукта с Т. кип. 114-118^oС/10 (188-120^oС/12 лит.). ИК-спектр аналогичен соединению (1а), d²₄⁰ 0,9471 (0,9436 лит. ). n²_D⁰ 1,4394 (1,4376 лит.). Найдено: C 67,34; H 10,37%. Вычислено: C 67,29; H 10,28%.

2-Метил-2,5-диметокси-2,5-дигидрофуран (1д). Синтез ведут по методике получения продукта (1б), в качестве фуранового соединения используют 2-метилфуран, получают 8,5 г (38% на прореагировавший 2-метилфуран) продукта с Т. кип. 157-160^oС (158-160^oС лит.). Спектр ПМР (CDCl₃): 1,54 (3H, с, CH₃); 3,15 (3H, с, OCH₃); 3,46 (3H, с, OCH₃); 5,64 (1H, с, 2-H); 5,94 (2H, с, 3,4-H), n²_D⁰ 1,4280 (1,4289 лит.). Найдено: C 58,31; H 8,46%. Вычислено: C 58,40; H 8,40%.

В таблице 1 представлена зависимость выхода 2,5-диэтокси-2,5-дигидрофурана (1а) от соотношения компонентов, типа ванадиевого катализатора и температуры. Из приведенных данных видно, что оптимальным условием процесса является молярное соотношение фурана, пероксида водорода, спирта и соединения ванадия, равное 1 : (2-4) : (3-20) : (0,005-0,05); температура реакции 10-30^oC. Тип ванадиевого катализатора не оказывает существенного влияния на выход продукта. Для других 2,5-диалкокси-2,5-дигидрофуранов соблюдаются эти же закономерности.

В связи с тем, что фуран и 2-метилфуран имеют разную температуру кипения (соответственно 22 и 60^oC), определяющую оптимальные условия процесса, излучено влияние температуры реакции на выход продуктов. Из таблиц 1 и 2 видно, что оптимальной температурой реакции является диапазон 10-60^oC.

Формула изобретения

Способ получения 2,5-диалкокси-2,5-дигидрофуранов формулы I

где R - алкил;
R¹ - атом водорода или метил,
из фурана или метилфурана и окислителя в присутствии спирта и соединения ванадия, отличающийся тем, что процесс проводят в концентрированной водно-спиртовой среде действием в качестве окислителя пероксида водорода при мольном соотношении фурана или метилфурана, спирта, пероксида водорода и соединения ванадия, равном 1 : (1-30) : (0,5-5) : (0,001-0,1), при температуре 0 - 70^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1