Способ получения 1- и 2-хлорадамантанов из 1- и 2- адамантанолов

 

Изобретение относится к способу получения 1- и 2-хлорадамантанов, используемых для получения термостойких полимеров, инсектицидов, фунгицидов и лекарственных препаратов. Способ осуществляют путем каталитического хлорирования 1- и 2-хлорадамантанолов с помощью хлорирующих агентов, в частности хлороформа. В качестве катализатора используют соли двух- или трехвалентного железа, такие, как Fe(C₁₇H₃₅CO₂)₃, Fe(C₁₅H₃₁CO₂)₃, Fe(acac)₃ и Fe(OAc)₂. Процесс ведут в присутствии металлического титана в виде порошка, стружки или пластины и полимера, выбранного из полибутадиена, полиизопрена или бутадиен-стирольного каучука, взятого в количестве 4-6 г-атом полимера на 1 г-атом железа. Мольное соотношение [Адамантанол-1 или 2] : [CHCl₃] : [Fe] : [Ti] = 500: 1000: 1: (1-100). Процесс проводят в течение 0,5 ч при комнатной температуре. Технический результат - увеличение выхода 1- и 2-хлорадамантана. 1 табл.

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения 1- и 2-хлорадамантанов (1) - адамантанол-1 (2) - адамантанол-2 (3) - 1-хлорадамантан.

(4) - 2-хлорадамантан Монохлорпроизводные адамантана широко используются для получения термостойких полимеров, инсектицидов, фунгицидов и лекарственных препаратов (Е. И. Багрий. Адамантаны. М. : Наука, 1989. С. 264 /1/; R. С. Fort. Adaitiantane: The Chemistry of Diamond Molecules. N. Y. : Dekker, 1976, 385p. /2/; K. Gerson, E. V. Kvumalus, K. L. Brindle, F. L. Harshall, M. A. Koot, J. Med. Chem. 6, 760 (1965) /3/).

Хлорирование адамантанолов (в частности, 8,9-дегидроадамантанола-2) может быть осуществлено с помощью N-хлорсукцинимида (М. К. Murray, K. A. Babiak. Tetrahedron left. , 1974, N 4, 511-314 /4/). Так, реакцией 8,9-дегидроадамантанола-2 (5) с комплексом (1: 1) M₂S с N-хлорсукцинимидом в хлористом метилене с выходом 65% получен 2-хлор-8,9-дегидроадамантан (6) Несмотря на высокую селективность реакции по 2- хлор-8,9-дегидроадамантану (6) указанный метод имеет ограниченное применение из-за имеющихся недостатков; 1. Умеренный выход (6) - 65%.

2. Применение в качестве хлорирующего агента дорогостоящего и труднодоступного N-хлорсукцинимида.

3. N-хлорсукцинимид термически лабилен и при нагревании может разлагаться со взрывом (Вейганд-Хильгетаг. Методы эксперимента в органической химии. М. "Химия" 1968, с. 548 /5/).

4. Реакцию проводят в кипящем хлористом метилене или хлороформе с использованием в качестве инициатора 15 мол. % перекиси бензоила, т. е. процесс является радикальным. По этой причине данный метод пригоден для работы исключительно с полумикроколичествами.

Известен метод хлорирования по спиртовой группе 3-гидроксиадамантан-1-карбоновой кислоты (7) с помощью избытка хлористого тионила ([7] : [SOCl₂] = 1: 16) (H. Stetter, J. Mayer, Chero. Ber. , 96, 667-672 (1972) /6/).

Хлорирование 4-гидроксиадамантан-1-карбоновой кислоты (9) тионилхлоридом и диоксане проходит не до конца. Реакционная смесь содержит около 30% непрореагировавшего исходного соединения (9)

К очевидным недостаткам данного метода следует отнести:
1. Большой расход хлорирующего агента ([7] : [SOCl₂] = 1: 16).

2. Неполная конверсия (70%) и невысокий выход целевых продуктов (8,10) - 87 и 70%, соответственно.

3. Агрессивность и высокая коррозионная активность тионилхлорида, что требует применения реакторов из стекла или нержавеющей стали.

4. Использование большого количества хлорирующего агента усложняет процедуру выделения основного продукта. После окончания процесса избыток SOCl₂ удаляют в вакууме. Остаток промывают большим количеством воды (до полного удаления HCl, выделяющегося в ходе реакции).

5. Образование значительного количества сточных вод, содержащих HCl. Утилизация этик отходов требует больших затрат.

Хлорирование 2- и 4-гидроксиадамантан-1-карбоновых кислот (11,9) было осуществлено с помощью пятихлористого фосфора (PCl₅). При этом выходы соответствующих хлоркислот (10,12) составили 85%. (М. Л. Багал, Т. К. Клиндухова, В. Н. Лантвоев, Ж. орган, химии, 1975, 11. N 8, 1645-1648 /7/; В. И. Лантвоев, Ж. орган, химии, 1976, 12. N 11, 2561-2368 /8/):

Этот метод имеет ряд недостатков:
1. Большой расход хлорирующего агента (PCl₅ используется почти в пятикратном избытке по отношению к оксикислоте).

2. Образование большого количества неорганических отходов (HCl, POCl₃, H₃PO₄) и сточных вод, которые необходимо нейтрализовать. Это требует больших трудо- и энергозатрат.

Адамамтанол-1 (1) и адамантанол-2 (2) были прохлорированы с помощью хлорного олова при 6 часовом кипячении смеси (1) или (2) с SnCl₄ в гексане при соотношении [спирт] : [SnCl₄ = 1: 1 до 1-хлорадамантана (3) и 2-хлорадамантана (4), соответственно. Выход хлорпроизводных (5,4) составляет ≈25%.

На основании сходства по трем признакам (одинаковые реагенты - адамантанол-1 и адамантанол-2 и образование в результате реакции 1-хлорадамантана и 2-хлорадамантана и использование в качестве реагента и, вероятно, катализатора SnCl₄ за прототип взят метод хлорирования адэмвнтанолов-1 и -2 под действием SnCl₄ (Э. А. Шокова, С. И. Кнопова, Б. А. Казанский. Докл. АН СССР, 1973, 212, N 2, 386-388 /9/).

Прототип имеет следующие недостатки:
1. Низкий выход 1- и 2-хлорадамантанов (25%).

2. Большой расход реагента и катализатора (SnCl₄ используется в эквимолярном количестве по отношению к адамантанолам).

3. Для выделения 1- и 2-хлорадамантанов после окончания процесса в реактор добавляется большое количество воды для промывки гексанового слоя до нейтральной реакции, что приводит к образованию значительного количества сточных вод, которые необходимо утилизовать с полным удалением соединений олова.

4. Процесс является нетехнологичным и дорогим (большой расход SnCl₄, образование токсичных отходов, добавление целой технологической стадии по разложению реакционной массы, невозможность повторного использования SnCl₄, который гидролизуется с образованием SnO₂).

Авторами предлагается способ получения 1- и 2-хлорадамантанов из соответствующих спиртов, не имеющий указанных недостатков.

Сущность способа заключается в хлорировании 1- и 2- адамантанолов с помощью CHCl₃ под действием каталитической системы, состоящей из двух- или трехвалентного железа и металлического титана (порошок, стружки, пластины), а также полимеры (каучуки) полибутадиен, полиизопрен, бутадиен - стирольный каучук в мольном соотношении [Fe] : [Ti] = 1: 0.1-10 предпочтительно = 1: 1, содержащем каучук 4-6 г-атом железа.

В качестве солей железа могут быть использованы Fe(C₁₇H₃₅CO₂)₃ (стеарат железа), Fe(С₁₅)H₃₁CO₂)₃ (пальмитат железа), Fe(acac)₃ и Fe(OAc)₂.

Катализатор отличается высокой активностью. Его активная форма может быть приготовлена за 0.5-1 ч, а реакция хлорирования спиртов проходит при комнатной температуре в течение 0.5-1 часа при 100% конверсии адамантанолов-1 и -2 выхода 1- и 2-хлорадамантанов достигают 92-92%.

Активную форму катализатора готовили нагреванием смеси солей железа, металлического титана и полимера в растворе хлороформа при 200^oC в течение 0.5-1 ч.

К полученному катализатору добавляли адамантанол-1 (1) или адамантанол-2 (2), которые энергично реагируют с HCl, генерируемым из CHCl₃ с образованием соответствующих хлорадамантанов (3,4). Реакция проходит за 0.5 часа (выход 94%. ). При увеличении продолжительности опыта и температуры наблюдается появление полихлорированнык адамантанов.

Предлагаемый метод имеет следующие преимущества перед прототипом.

1. Высокая производительность Fe-Ti-полимерсодержащего катализатора.

2. Доступность и дешевизна компонентов катализатора.

3. Уменьшение продолжительности реакции. Процесс от начала активации до окончания реакции занимает 1 час.

4. Снижение оптимальной температуры реакции хлорирования до комнатной, что позволяет проводить работы в реакторах без давления.

5. Удешевление себестоимости и упрощение технологии в целом за счет уменьшения энерго- и трудозатрат.

Предлагаемый способ поясняется примерами.

ПРИМЕР 1. Приготовление активной формы катализатора.

В стеклянную ампулу (V= 20 мл) или микроавтоклав из нержавеющей стали (V= 17 мл) помещали 0,5 ммолей соли железа, 0.01-0.5 ммолей титана и 4-6 грамм полимера на 1 г-атом железа, (полибутадиен, полиизопрен, бутадиен-стирольный каучук), а также 5 мл хлороформа. Герметично закрытый микроавтоклав (запаянную ампулу) нагревали 0.5-1 час при 200^oC. Затем автоклав (ампулу) охлаждали до 20^oC, полученный катализатор использовали для хлорирования адамантанола-1 и -2.

В примерах 2-7 представлены результаты предложенного метода хлорирования адамантанолов (результаты опытов с адамантанолом-1 и адамантанолом-2 практически не отличаются).

В стеклянную ампулу или автоклав с приготовленным катализатором добавляли 0.5-1 моль соотв. спирта, 1 моль CHCl₃, герметично закрывали и реакционную смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 50 мин.

После окончания реакции автоклав вскрывали, реакционную массу фильтровали через слой SiO₂. Непрореагировавший CHCl₃ отгоняли, остаток перегоняли в вакууме с воздушным холодильником (80^oC/10 мм - происходит возгонка хлорадамантана). Выделенный 1-хлорадамантан (3), имел температуру плавления 164-165^oC, а 2-хлорадамантан (4) - 193-195^oC. Выход 94-95%.

Другие примеры, подтверждающие способ приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ получения 1- и 2-хлорадамантанов каталитическим хлорированием 1- и 2-адамантанолов с помощью хлорирующих агентов, отличающийся тем, что в качестве хлорирующего агента используют хлороформ и процесс ведут в присутствии катализатора, состоящего из солей двух- или трехвалентного железа, таких, как Fe(C₁₇H₃₅CO₂)₃, Fe(C₁₅H₃₁CO₂)₃, Fe(acac)₃ и Fe(OAc)₂, металлического титана в виде порошка, стружки или пластины и полимера, выбранного из полибутадиена, полиизопрена или бутадиен-стирольного каучука, в количестве 4-6 г полимера на 1 г-атом железа, при мольном соотношении [Адамантанол-1 или 2] : [CHCl₃] : [Fe] : [Ti] = 500: 1000: 1: 1-100 и процесс проводят в течение 0,5 ч при комнатной температуре.

РИСУНКИ

Рисунок 1