Способ получения 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилатов

Настоящее изобретение относится к органической химии, а именно, к способу получения 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-

алкилкарбоксилатов (1),

R=CH₂H₅, н-C₄H₉,

в котором метиленциклобутан подвергают взаимодействию с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии катализатора цирконацендихлорида Cp₂ZrCl₂ при мольном соотношении метиленциклобутан: AlEt₃:Ср₂ZrC1₂=10:(12-16):(0,5-0,9), в атмосфере аргона при комнатной температуре и атмосферном давлении в гексане в течение 4 часов, с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора бромида меди (CuBr) в количестве 10-14 мол.% по отношению к метиленциклобутану и диалкилового эфира щавелевой кислоты, взятого в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃, после чего реакционную массу перемешивают при комнатной температуре с последующим кислотным гидролизом реакционной массы. 6-Гидроксиспиро[3,4]октан-6-

алкилкарбоксилаты могут найти применение в тонком органическом синтезе, производстве лакокрасочных материалов, биологически активных веществ. Общий выход конечного продукта после гидролиза реакционной массы составляет 76-95%., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, в частности, к способу получения 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилатов общей формулы (1):

R=CH₂H₅, н-C₄H₉,

Циклоалканолы со сложноэфирными заместителями 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 of spiro[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.Shukla, Two synthesis of dispiro[2.1.3.2.]decane, Org.Lett, 1999, v.1, №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 могут быть получены 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилаты общей 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 образующегося циклопентилметилового спирта с помощью уксусного ангидрида по схеме:

Известный способ не позволяет получать 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилаты общей формулы (1).

Предлагается новый способ получения 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилатов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии метиленциклобутана с триэтилалюминием (AlEts) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂), взятыми в мольном соотношении метиленциклобутан:AlEt₃:Ср₂ZrCl₂=10:(12-16):(0.5-0.9), предпочтительно 10:14:0.7, в атмосфере аргона при комнатной температуре (20-21°С) и атмосферном давлении в алифатическом растворителе (гексан) в течение 4 часов, с последующим добавлением к реащионной массе при температуре -15°С катализатора бромида меди (CuBr) в количестве 10-14 мол.% по отношению к метиленциклобутану, предпочтительно 12 мол.%, и диалкилового эфира щавелевой кислоты (ROCOCOOR, где R=С₂Н₅, н-С₄Н₉), взятого в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃, с последующим перемешиванием реакционной массы при комнатной температуре (20-21°С) в течение 8-10 часов, предпочтительно 9 часов. Общий выход 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилатов (1) составляет после кислотного гидролиза реакционной массы 76-95%. Реакция протекает по схеме:

6-Гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилаты (1) образуются только лишь с участием AlEt₃, метиленциклобутана, диалкилоксалатов и катализаторов Cp₂ZrCl₂ и CuBr. В присутствии других соединений алюминия (например, Bu₂ ⁱAlCl, Bu₃ ⁱAl, Bu₂ ⁱAlH, EtAlCl₂, Et₂AlCl), других непредельных соединений (α-олефины, диены, ацетилены), других эфиров дикарбоновых кислот или других катализаторов (например, Zr(acac)₄, ZrCl₄, Cp₂TiCl₂, Pd(acac)₂, Ni(acac)₂, NiCl₂, Fe(acac)₂) целевые продукты (1) не образуются.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ больше 9 мол.% или CuBr больше 14 мол.% по отношению к метиленциклобутану не приводит к существенному увеличению выхода целевых продуктов (1). Использование катализатора Cp₂ZrCl₂ менее 5 мол.% и CuBr менее 10 мол.% по отношению к метиленциклобутану снижает выход 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилатов (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, 50°С) не наблюдается существенного увеличения выхода целевых продуктов, 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 целевых продуктов (1).

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

Существенные отличия предлагаемого способа.

В предлагаемом способе используются в качестве исходных реагентов метиленциклобутан, триэтилалюминий, диалкилоксалаты и катализатор CuBr. В известном способе в качестве исходных реагентов используются 1,5-гексадиен, диизобутилалюминийхлорид, уксусный ангидрид, а в качестве окислителя применяется газообразный кислород.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами.

Способ позволяет получать с высокой селективностью и выходами 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилаты (1), которые не могут быть синтезированы с помощью известных методов.

Способ поясняется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор объемом 50 мл, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 2 мл гексана, 10 ммолей метиленциклобутана, 0.7 ммолей катализатора Cp₂ZrCl₂, при температуре ~0°С 14 ммолей AlEt₃, перемешивают 4 часа при комнатной температуре (20-21°С), затем при температуре -15°С добавляют 1.2 ммоль катализатора CuBr и 42 ммолей диэтилового эфира щавелевой кислоты, перемешивают 9 часов при температуре 20-21°С, реакционную массу гидролизуют водным раствором (8-10%) HCl. Из органического слоя выделяют 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-этилкарбоксилат с выходом 84%.

Спектральные характеристики 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-этилкарбоксилата (1):

Спектр ЯМР ¹³С (δ, м.д.) 13.42, 16.4, 34.50, 34.84, 37.63, 45.54, 49.32, 60.94, 80.31, 176.41

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл.1.

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

Способ получения 6-гидроксиспиро[3,4]октан-6-алкилкарбоксилатов (1)

R=CH₂H₅, н-C₄H₉,
отличающийся тем, что метиленциклобутан подвергают взаимодействию с триэтилалюминием (AlEt₃) в присутствии катализатора цирконацендихлорида Cp₂ZrCl₂ при мольном соотношении метиленциклобутан: AlEt₃:Ср₂ZrCl₂=10:(12-16):(0,5-0,9), в атмосфере аргона при комнатной температуре и атмосферном давлении в гексане в течение 4 ч, с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора бромида меди (CuBr) в количестве 10-14 мол.% по отношению к метиленциклобутану и диалкилового эфира щавелевой кислоты, взятого в трехкратном избытке по отношению к AlEt₃, после чего реакционную массу перемешивают при комнатной температуре с последующим кислотным гидролизом реакционной массы.