Способ получения спиро[3,4]окт-6-илформиата

Настоящее изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения спиро[3,4]окт-6-илформиата,

который может найти применение в тонком органическом синтезе, в производстве лакокрасочных материалов, биологически активных веществ. Сущность способа заключается, в том, что метиленциклобутан подвергают взаимодействию с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂) при мольном соотношении метиленциклобутан:

AlEt₃:Cp₂ZrCl₂=10:(11-15):(0,5-0,7) в атмосфере аргона при комнатной температуре и атмосферном давлении в гексане в течение 7 ч, с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора хлорида меди (CuCl) в эквимольном к Cp₂ZrCl₂ количестве и алкилформиата общей формулы HCO₂R (где R=Et, n-Pr, n-Bu) в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃, перемешиванием при комнатной температуре 8-10 ч и кислотным гидролизом реакционной массы. Общий выход конечного продукта после кислотного гидролиза реакционной массы составляет 73-89%. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, в частности к способу получения спиро[3,4]окт-6-илформиата формулы (I):

Эфиры карбоновых кислот могут найти применение в тонком органическом синтезе, в частности при получении спиро[3.4]окта-5,7-диена ([1] I.Erden, E.M.Sorenson, A convenient synthesis ofspiro[3.4]oct-5,7-diene, Tet.Lett., V.27, 1983, 2731-2732) и диспиро[2.1.3.2.]декана ([2] J.E. Baldwin and R.ShukIa, Two synthesis of dispiro[2.1.3.2.]decane, Org.Lett, 1999, V.I, №7) в производстве лакокрасочных материалов, биологически активных веществ ([3] Pradhan R. Et al. "A synthon approach to spiro compounds", Tetrahedron 62(2006) 779-828, [4] Rice L.M., Grogan C.H. "Spiranes. II. Spiro[3.3]heptane derivatives).

Известен способ ([5] Джемилев У.М., Ибрагимов А.Г., Вострикова О.С., Васильева Е.В., Толстиков Г.А. Катализируемое комплексами циркония региоселективное гидроалюминирование непредельных углеводородов алкилаланами Изв. АН СССР. Сер. хим., 1987, с.1089) получения 1,3-диметилциклопентил)метилацетата взаимодействием 2,5-диметил-1,5-гексадиена с ди(изобутил)алюминийхлоридом (i-Bu₂AlCl) в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ с последующим окислением реакционной массы с помощью кислорода, затем гидролизом и обработкой после выделения образующегося диметилциклопентилметилового спирта с помощью уксусного ангидрида по схеме

Известным способом не может быть получен спиро[3,4]окт-6-илформиат формулы (1):

Известен способ ([6] Джемилев У.М., Ибрагимов А.Г., Вострикова О.С., Васильева Е.В., Толстиков Г.А. Катализируемое комплексами циркония региоселективное гидроалюминирование непредельных углеводородов алкилаланами Изв. АН СССР. Сер. хим., 1987, с.1089) получения (циклопентил)метилацетата взаимодействием 1,5-гексадиена с ди(изобутил)алюминийхлоридом в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ с последующим окислением реакционной массы с помощью кислорода, затем гидролизом и обработкой после выделения образующегося циклопентилметилового спирта с помощью уксусного ангидрида по схеме

Известный способ не позволяет получать спиро[3,4]окт-6-илформиат формулы (1):

Предлагается новый способ получения спиро[3,4]окт-6-илформиата (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии метиленциклобутана с триэтилалюминием (Et₃Al) в присутствии катализатора цирконацендихлорида

(Cp₂ZrCl₂), взятых в мольном соотношении метиленциклобутан: Et₃Al: Cp₂ZrCl₂=10:(11-15):(0.5-0.7), предпочтительно 10:13:0.6, в атмосфере аргона при комнатной температуре (20-21°С) и атмосферном давлении в алифатическом растворителе (гексан) в течение 7 ч, с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора хлорида меди (CuCl), взятого в эквимольном к Cp₂ZrCl₂ количестве, и алкилформиата общей формулы HCO₂R, где R=Et, n-Pr, n-Bu, взятых в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃, с последующим перемешиванием реакционной массы при комнатной температуре (20-21°С) в течение 8-10 ч, предпочтительно 9 ч. После обработки реакционной массы 8-10% водным раствором HCl получают спиро[3,4]окт-6-илформиат (1) с общим выходом 73-89%. Реакция протекает по схеме

Спиро[3,4]окт-6-илформиат (1) образуется только лишь с участием AlEt₃, метиленциклобутана и циркониевого катализатора Cp₂ZrCl₂. В присутствии других соединений алюминия (например, Bu₂ ⁱAlCl, Bu₃ ⁱAl, Bu₂ ⁱAlH, EtAlCl₂, Et₂AlCl) или других катализаторов (например, Zr(acac)₄, ZrCl₄, Cp₂TiCl₂, Pd(acac)₂, Ni(acac)₂, NiCl₂, Fe(acac)₂) целевой продукт (1) не образуется.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ или CuCl больше 0.7 ммоль на 10 ммоль метиленциклобутана не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора Cp₂ZrCl₂ и CuCl менее 0.5 ммоль на 10 ммоль метиленциклобутана снижает выход спиро[3,4]окт-6-илформиата (1), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при комнатной температуре (20-21°С). При более высокой температуре (например, 60°С) не наблюдается существенного увеличения выхода целевого продукта, а при меньшей температуре (например, 0°С) снижается скорость реакции.

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения их содержания по отношению к исходному метиленциклобутану не приводит к существенному повышению выхода целевого продукта (1).

Реакции проводили с использованием алифатических растворителей (гексан). В других растворителях (например, эфирных) реакция не идет.

Существенные отличия предлагаемого способа

В известном способе в качестве исходных соединений используются 1,5-гексадиен, ди(изобутил)алюминийхлорид, газообразный кислород и уксусный ангидрид, а в предлагаемом способе в качестве исходных соединений применяются метиленциклобутан, трэтилалюминий, алкилформиаты, реакционная масса гидролизуется водным раствором HCl.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами

Способ позволяет получать с высокой региоселективностью спиро[3,4]окт-6-илформиат общей формулы (1), синтез которого в литературе не описан.

Способ поясняется следующими примерами

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 5 мл гексана, 10 ммолей метиленциклобутана, 0.6 ммолей катализатора Cp₂ZrCl₂, при температуре ~0°С 13 ммолей AlEt₃, перемешивают 7 ч при комнатной температуре 20-21°С, затем при температуре -15°С добавляют 0.6 ммолей катализатора CuCl и 39 ммолей этилформиата, перемешивают 9 ч при температуре 20-21°С, реакционную массу гидролизуют водным раствором (8-10%) HCl. Из органического слоя выделяют спиро[3,4]окт-6-илформиат с выходом 81%.

Спектральные характеристики спиро[3,4]окт-6-илформиата (1):

Спектр ЯМР ¹³С (δ, м.д.) спиро[3,4]окт-6-илформиата (1): 16.24, 31.35, 33.82, 33.89, 37.41, 39.55, 45.87, 76.02, 160.84

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице.

Таблица
№№ п/п	HCO2R	Мольное соотношение метиленциклобутан: AlEt3:Cp2ZrCl2:HCO2R: CuCl, ммоль	Общее время реакции, ч	Выход спиро[3,4]окт-6-илформиата (1), %
1.	2	3	4	5
1.	R=Et	10:13:0.6:39:0.6	16	81
2.	-«-	10:15:0.6:45:0.6	16	84
3.	-«-	10:11:0.6:33:0.6	16	75
4.	-«-	10:13:0.7:39:0.7	16	89
5.	-«-	10:13:0.5:39:0.5	16	73
6.	-«-	10:13:0.6:39:0.6	17	83
7.	-«-	10:13:0.6:39:0.6	15	77
8.	R=n-Pr	10:13:0.6:39:0.6	16	80
9.	R=n-Bu	10:13:0.6:39:0.6	16	76

Опыты проводили в гексане при комнатной (20-21°С) температуре.

Способ получения спиро[3,4]окт-6-илформиата (1)
,
отличающийся тем, что метиленциклобутан подвергают взаимодействию с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии катализатора цирконацендихлорида
(Cp₂ZrCl₂) при мольном соотношении метиленциклобутан: AlEt₃:Cp₂ZrCl₂=10:(11-15):(0,5-0,7) в атмосфере аргона при комнатной температуре и атмосферном давлении в гексане в течение 7 ч, с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора хлорида меди (CuCl) в эквимольном к Cp₂ZrCl₂ количестве и алкилформиата общей формулы НСО₂R (где R=Et, n-Pr, n-Bu) в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃, перемешиванием при комнатной температуре 8-10 ч, и кислотным гидролизом реакционной массы.