Способ получения альфа-адамантилсодержащих альдегидов

 

Изобретение относится к химии производных адамантана, а именно к новому способу получения α-адамантилсодержащих альдегидов общей формулы

где R₁=H, R₂=СН₃, С ₃Н₇, С₄Н₉; R₁ =R₂=СН₃, которые являются полупродуктами для синтеза биологически активных веществ, с использованием производного адамантана. Способ заключается в присоединении к производному адамантана соответствующего альдегида, причем в качестве производного адамантана используют 1,3-дегидроадамантан, а в качестве альдегида: пропаналь, пентаналь, гексаналь, изобутаналь, и процесс проводят при мольном соотношении 1,3-дегидроадамантан и альдегид, равном 1:4-6, в среде исходного альдегида, при температуре 35-40°С, в течение 3-5 часов. Способ позволяет упростить процесс получения, а также получить целевые соединения разветвленного строения.

Изобретение относится к химии производных адамантана, а именно к новому способу получения α-адамантилсодержащих альдегидов общей формулы:

которые являются полупродуктами для синтеза биологически активных веществ.

Известен способ получения простейшего представителя данного класса адамантилкарбальдегида, заключающийся в разложении N-трет-бутиладамантил-1-азиридина минеральными кислотами [Boot К. Synthese von 1-Adamanan-carbaldehyden // Angew Chem. - 1968, 80, №22, - р.р.970].

Недостатком данного метода является, прежде всего, сложность получения исходного N-трет-бутиладамантил-1-азиридина, а также отсутствие возможности синтеза других адамантилсодержащих альдегидов.

Другим способом получения адамантилкарбальдегида является продувка угарным газом охлажденной до 0°С смеси адамантана, метиленхлорида и хлорида алюминия. Выход адамантилкарбальдегида составляет 49% [а.с.1793313 СССР, МКИ 3 С 07 С 47/44. Способ получения адамантил-1-альдегида / Я.Ю. Полис, Б.П. Раугель, Э.Э. Лиепиньш. - Опубл. в Б.И., 1977, №5].

Недостатками данного метода являются: трудоемкость и многостадийность выделения целевого продукта, технологическая сложность процесса и невысокий выход целевого продукта.

Наиболее распространенными способами получения адамантилсодержащих альдегидов являются окисление соответствующих спиртов тетраацетатом свинца или гидролиз соответствующих диацеталей, полученных взаимодействием ортомуравьиного эфира и соответствующих реактивов Гриньяра. Выход по обоим способам примерно одинаков и составляет 37-57% [Степанов Ф.Н., Довгань Н.Л. Альдегиды ряда адамантана// ЖОрХ. - 1968. - Т.4. - Вып.2. - С. 277-280].

Недостатками данного метода являются: многостадийность процесса, невысокий выход целевых соединений (в пересчете на исходный адамантан, включая стадии синтеза исходных соединений, выход целевых продуктов не превышает 12%), сложность и низкая технологичность отдельных стадий, в частности стадии магнийорганического синтеза, представляющей опасность в пожарном отношении и предъявляющей высокие требования к чистоте исходных реагентов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, по которому 1-адамантилальдегид получают из функционального производного адамантана, отличающийся тем, что в качестве функционального производного используют нитрил 1-адамантанкарбоновой кислоты, который восстанавливают продуктом взаимодействия хлорида олова (II) с хлористым водородом в присутствии диэтилового эфира с получением гексахлороловянной соли 1-адамантилальдимина, который обрабатывают избытком воды с получением 1-адамантилальдегида при мольном соотношении нитрила адамантанкарбоновой кислоты к хлориду олова и диэтиловому эфиру равном 1:1,5-2:6,2:7 [Пат.2163591 РФ, МКИ 7 С 07 47/34, 45/44/2001].

Недостатками данного метода является то, что для осуществления данной реакции необходимо применение катализатора хлорида олова (II), используется диэтиловый эфир - представляющий опасность в пожарном отношении, синтез целевого 1-адамантилальдегида - многостадийный процесс, кроме того, синтез исходного нитрила 1-адамантанкарбоновой кислоты также является сложным и многостадийным.

Общим недостатком всех вышеперечисленных способов является то, что с помощью них можно синтезировать адамантилсодержащие альдегиды, имеющие лишь линейное строение.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичного малостадийного метода синтеза α-адамантилсодержащих альдегидов, в том числе и разветвленного строения, протекающего с высоким выходом.

Техническим результатом является упрощение способа получения, а также возможность получения целевых соединений разветвленного строения.

Поставленный технический результат достигается в новом способе получения α-адамантилсодержащих альдегидов общей формулы:

заключающийся в присоединении к производному адамантана соответствующего альдегида, причем в качестве производного адамантана используют 1,3-дегидроадамантан, а в качестве альдегида - пропаналь, пентаналь, гексаналь, изобутаналь, и процесс проводят при мольном соотношении 1,3-дегидроадамантана и альдегид, равном 1:4-6, в среде исходного альдегида, при температуре 35-40°С, в течение 3-5 часов.

Сущностью метода является реакция присоединения к 1,3-дегидроадамантану альдегидов по α-углеродному атому:

Высокая нуклеофильность 1,3-дегидроадамантана позволяет получать продукты присоединения данных альдегидов с высокими выходами в достаточно мягких условиях в одну стадию.

Следует отметить, что для альдегидов характерны реакции с участием карбонильной группы и не типичны реакции, в которых альдегид реагирует по связи С-Н α-углеродного атома.

Преимуществом данного метода является высокий выход (60-78%), а также возможность получения практически любых гомологов данного ряда, которые также являются полупродуктами для синтеза биологически активных веществ.

Как показали проведенные исследования, селективность реакции весьма чувствительна к температуре. Обнаружено, что при температуры реакции с 35-40°С выход целевых продуктов составляет 60-78%. Дальнейшее повышение температуры (до 65°С) ведет к снижению выхода целевых продуктов до 42%, что по видимому связано с протеканием побочной реакции альдольной конденсации. Наличие побочных продуктов альдольной конденсации исходных и α-адамантилсодержащих альдегидов подтверждено масс-спектроскопией. Понижение температуры меньше 35°С приводит к снижению выхода целевых продуктов.

Оптимальное молярное соотношение реагентов 1,3-ДГА: альдегид является 1:4-6. В случае соотношения 1,3-ДГА: альдегид, равном 1:2, наряду с целевым продуктом реакции, был выделен не прореагировавший 1,3-дегидроадамантан. Увеличение соотношения 1,3-ДГА: альдегид более 1:6 не влияет на выход целевого продукта.

Оптимальная продолжительность реакции 3-5 часов, при прочих равных условиях. Дальнейшее увеличение продолжительности реакции не приводит к существенному изменению выхода целевого продукта. При уменьшении продолжительности реакции до 1-2 часов выход целевого продукта снижается на 20-30%.

Реакцию проводят в среде исходного альдегида, что значительно упрощает процесс. Проведение реакции в среде неполярных или малополярных растворителей, таких как гексан и диэтиловый эфир, приводит к снижению выхода целевого продукта до 0-5%. Применение более полярных растворителей неприемлемо в виду высокой реакционной способности 1,3-ДГА, который вступает в реакцию с растворителем.

Способ осуществляется следующим образом.

К 4-6 кратному мольному избытку альдегида приливают раствор 1,3-дегидроадамантана в том же альдегиде. Смесь 1,3-дегидроадамантана и альдегида нагревают в течение 3-5 часов при температуре 35-40°С, после чего альдегид отгоняют. Регенерированный альдегид не содержит каких-либо примесей и пригоден для повторного использования в аналогичном синтезе. Таким образом, в промышленности можно организовать рецикл альдегида с добавлением рассчитанного количества свежего реагента. Синтезированные α-адамантилсодержащие альдегиды после отгонки исходных реагентов направляются на стадию очистки. Выход целевых продуктов составляет 60-78%.

Структура целевых продуктов подтверждена ИК-спектроскопией, элементным анализом и качественной реакцией на наличие карбонильной группы - взаимодействие α-адамантилсодержащих альдегидов с динитрофенилгидразином. Данное взаимодействие проводилось сразу после выделения α-адамантилсодержащих альдегидов из реакции адамантилирования 1,3-дегидроадамантаном. Взаимодействие осуществлялось в среде этанола, в присутствии кислотного катализатора, при мольном соотношении альдегид: динитрофенилгидразин, равном 1:1,2, при комнатной температуре, и в течение 15-20 минут приводило к целевым соединениям с выходом 84-98%. Высокая скорость данного взаимодействия позволяет сделать вывод, о том что адамантильный радикал практически не снижает реакционную способность альдегидов в реакциях конденсации по карбонильной группе. По окончанию реакции целевые продукты фильтровались и перекристаллизовывались из водного спирта.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. Синтез 2-(1-адамантил)-пропаналя.

В реакторе с мешалкой к 9 г (0.15 моль) пропаналя в атмосфере сухого азота при комнатной температуре прикапывают раствор 4 г (0,03 моль) свежевозогнанного 1,3-ДГА (мольное соотношение 1,3 ДГА: альдегид=1:5) в 20 мл абсолютного диэтилового эфира. Растворитель отгоняют, после чего доводят температуру реакционной массы до 35-40°С, выдерживают при перемешивании 3 часа до исчезновения нерастворимого в альдегиде 1,3-ДГА.

По окончании реакции избыток альдегида удаляют перегонкой, остаток вакуумируют для удаления непрореагировавшего 1,3-ДГА, после чего продукт перегоняют (Ткип.=137-138/4 мм рт. ст.) и получают 4,6 г (0,023 моль, 60%) 2-(1-адамантил)-пропаналя, представляющего собой белую прозрачную жидкость с альдегидным запахом, n_D=1,5104.

Найдено, %: С 81,32; Н 10,55; О 8,13

C₁₃ Н₂₀О

Вычислено, %: С 81,20; Н 10,48; О 8,32

ИК-спектр ν, см^-1: 2890, 2848, 1720, 1450, 1417, 1352, 1064, 1028

Синтез 2-(1-адамантил)-пропаналь-N-(2,4-динитпрофенил)-гидразона.

К 2,4 г (0,012 моль) динитрофенилгидразина добавляют 10 мл концентрированной серной кислоты, затем при перемешивании 15 мл воды. В теплый раствор приливают 30 мл спирта и при перемешивании прибавляют раствор 2 г (0,01 моль) 2-(1-адамантил)-пропаналя в 5 мл спирта. Выдерживают реакционную массу в течение 15 минут при комнатной температуре, выпавшие кристаллы отфильтровывают и перекристаллизовывают из изопропанола. Получают 3,4 г (0,0087 моль, 84,2%) 2-(1-адамантил)-пропаналь-N-(2,4-динитрофенил)-гидразона, представляющего собой желтое кристаллическое вещество, Тпл.=80-81°С.

ПМР-спектр (м.д.: 0.95-0.97 м (3Н, СН₃); 1.68 с, 2.0 с (Ad, 15H); 2.0-2.1 м (1Н, СН); 7.92, 8.2, 8.85 с (3Н, Ph), 8.59 с (1Н, CH=N); 11.35 с (1Н, NH);

Масс спектр, м/е: 372 (1%)% М⁺, 135 (14,3%) Ad⁺, 41 (100%) [С₃Н₅]⁺

Найдено, %: С 61,31; Н 6,56; N 15,12; O 17,01

C₁₉H ₂₄N₄O₄

Вычислено, %: С 61,28; Н 6,50; N 15,04; O 17,18

Пример 2. Синтез 2-метил-2-(1-адамантил)-пропаналя.

Аналогично, из 13 г (0,18 моль) изобутаналя и 4 г (0,03 моль) свежевозогнанного 1,3-ДГА получают 4,6 г (0,022 моль, 76%) 2-метил-2-(1-адамантил)-пропаналя, представляющего собой бесцветную прозрачную жидкость, n_D=1,5185, Ткип.=121-123/4 мм рт.ст.

Найдено, %: С 81,65; Н 10,92; О 7,43

C ₁₄H₂₂O

Вычислено, %: С 81,50; Н 10,75; О 7,75

ИК-спектр ν, см^-1: 2892, 2846, 1718, 1452, 1420, 1351, 1062, 1026

Синтез 2-метил-2-(1-адамантил)-пропаналь-N-(2,4-динитрофенил)-гидразона.

Аналогично, из 2,3 г (0,011 моль) динитрофенилгидразина и 2 г (0,0097 моль) 2-метил-2-(1-адамантил)пропаналя получают 3,8 г (0,0094 моль, 96,2%) 2-метил-2-(1-адамантил)-пропаналь-N-(2,4-динитрофенил)-гидразона, представляющего собой желтое кристаллическое вещество, Тпл.=250-251°С.

ПМР-спектр (м.д.: 1.1 с (6Н, 2СН₃); 1.7 с, 1.99 с (Ad, 15H); 7.9, 8.1, 8.8 с (3Н, Ph); 8.4 с (1Н, CH=N); 11.3 с (1Н, NH)

Масс спектр, м/е: 386 (2,3%) М⁺ , 135 (100%) Ad⁺, 41 (9,4%) [C₃H₅ ]⁺

Найдено, %: С 62,22; Н 6,86; N 14,57; O 16,35

C₂₀H₂₆N₄O₄

Вычислено, %: С 62,16; Н 6,78; N 14,50; O 16,56

Пример 3.

Синтез 2-(1-адамантил)-пентаналя.

Аналогично, 10 г (0,12 моль) пентаналя и 4 г (0,03 моль) свежевозогнанного 1,3-ДГА выдерживают при температуре 35-40°С в течение 5 часов и получают 5 г (0,22 моль, 75,6%) 2-(1-адамантил)-пентаналя, представляющего собой бесцветную прозрачную жидкость, n_D 1,5150, Ткип.=141-143 /3 мм рт.ст.

Найдено, %: С 81,90; Н 11,04; О 7,06

C₁₅H₂₄O

Вычислено, %: С 81,76; Н 10,98; О 7,26

ИК-спектр ν, см^-1: 2886, 2840, 1715, 1450, 1417, 1350, 1061, 1021

Синтез 2-(1-адамантил)-пентаналь-N-(2,4-динитрофенил)-гидразона.

Аналогично, из 2,2 г (0,011 моль) динитрофенилгидразина и 2 г (0,009 моль) 2-(1-адамантил)-гексаналя получают 3,5 г (0,0084 моль, 92,7%) 2-(1-адамантил)-пентаналь-N-(2,4-динитрофенил)-гидразона, представляющего собой желтое кристаллическое вещество, Тпл.=97-98°С.

ПМР-спектр δ м.д.: 0.91-0.94 м (3Н, СН₃); 1.45-1.49 м (4Н, CH ₂); 1.59 с, 1.97 с (Ad, 15Н); 1.98-2.0 м (1Н, СН); 7.9, 8.25, 9.0 с (3Н, Ph); 7.94 с (1Н, CH=N); 11.12 c (1H, NH);

Масс спектр, м/е: 400 (2,2%) М⁺, 135 (22%) Ad ⁺, 41 (100%) [C₃H₅]⁺, 233 (11%) [М-С₆Н₃(NO₂)₂ ]⁺

Найдено, %: С 63,01; Н 7,12; N 13,60; 0 16,27

C_2lH₂₈N₄O ₄

Вычислено, %: С 62,98; Н 7,05; N 13,52; O 16,45

Пример 4.

Синтез 2-(1-адамантил)-гексаналя.

Аналогично, из 12 г (0,12 моль) гексаналя и 4 г (0,03 моль) свежевозогнанного 1,3-ДГА получают 5,5 г (0,023 моль, 78,1%) 2-(1-адамантил)-гексаналя, представляющего собой бесцветную прозрачную жидкость, n_D=1,5216, Ткип.=151-154 /3 мм рт.ст.

Найдено, %: С 82,06; Н 11,26; О 6,68

С₁₆Н ₂₆О

Вычислено, %: С 81,99; Н 11,18; О 6,83

ИК-спектр ν, см^-1: 2884, 2842, 1715, 1451, 1412, 1348, 1058, 1020

Синтез 2-(1-адамантил)-гексаналь-N-(2,4-динитрофенил)-гидразона.

Аналогично, из 2 г (0,01 моль) динитрофенилгидразина и 2 г (0,0085 моль) 2-(1-адамантил)-гексаналя получают 3,6 г (0,0083 моль, 98,1%) 2-(1-адамантил)-гексаналь-N-(2,4-динитрофенил)-гидразона, представляющего собой желтое кристаллическое вещество, Тпл.=167-168°С.

ПМР-спектр δ м.д.: 0.85-0.9 м (3Н, СН₃); 1.39-1.42 (6Н, СН ₂);1.55 с, 1.95 с (Ad, 15Н); 1.97-1.99 м (1Н, СН); 7.6 с (1Н, CH=N); 7.8, 8.24, 9.0 с (3Н, Ph); 11.0 c (1H, NH);

Масс спектр, м/е: 414 (8%) М⁺, 135 (100%) Ad ⁺, 41(18%) [C₃H₅]⁺

Найдено, %: С 63,82; Н 7,33; N 14,06; О 14,79

C ₂₂H₃₀N₄O₄

Вычислено, %: С 63,75; Н 7,30; N 13,99; О 14,96

Выводы.

Разработан технологически малостадийный метод синтеза α-адамантилсодержащих альдегидов, протекающий с высоким выходом. Структура описанных соединений подтверждена элементным анализом, качественной реакцией, ЯМР¹Н и масс-спектрами.

Формула изобретения

Способ получения α-адамантилсодержащих альдегидов общей формулы

где R₁=H;

R₂=СН₃ , С₃Н₇, С₄Н₉;

R₁=R₂=СН₃,

с использованием производного адамантана, отличающийся тем, что способ заключается в присоединении к производному адамантана соответствующего альдегида, причем в качестве производного адамантана используют 1,3-дегидроадамантан, а в качестве альдегида: пропаналь, пентаналь, гексаналь, изобутаналь, и процесс проводят при мольном соотношении 1,3-дегидроадамантан и альдегид, равном 1:4-6, в среде исходного альдегида, при температуре 35-40°С, в течение 3-5 ч.