Способ получения полициклопропановых углеводородов

Изобретение относится к способу получения полициклопропановых углеводородов общей формулы (1). Изобретение характеризуется тем, что 6,6-дизамещенные фульвены общей формулы (5), где R=R'=Me; R=R'=(CH₂)₄, (СН₂)₅; R=Me, R'=cyclo-Pr; R=Me, R'=Ph, подвергают взаимодействию с дииодметаном (CH₂I₂) и триэтилалюминием (Et₃Al) при мольном соотношении 1,1-дизамещенный фульвен : CH₂I₂ : Et₃Al=1:(2-5):(2-5), в среде гексана, в атмосфере аргона при 20°C и атмосферном давлении в течение 6 ч. Выход полициклических углеводородов (1) составляет 58-98%.

 

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения полициклопропановых углеводородов общей формулы (1)

Напряженные циклические углеводороды, содержащие трехчленный карбоцикл, извесны как медико-биологические препараты [J. Salaun, in Small Ring Compounds in Organic Synthesis, Vol. 6, Ed. A. de Meijere, Springer-Verlag, Berlin, 2000, 1986, Kuo M.S., Zielinski R.J., Cialdella J.I., Marschke C.K., Dupuis M.J.. Li G.P., Kloosterman D.A., Spilmann С.H., Marshall V.P.J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 10629], средства защиты растений (гербициды, фунгициды и пестициды, среди последних наиболее известны природные и синтетические пиретроиды [Yoshida М., Ezaki М., Hashimoto М., Yamashita М., Shigematsu N., Okuhara М., Kohsaka М., Horikoshi K.J. Antibiot. 1990, 43, 748, Barrett A.G.M., Kasdorf K., Williams D.J.J. Chem. Soc., Chem. Comm. 1994, 1781, Barrett A.G.M., Doubleday W.W., Tustin G.J., White A.J.P., Williams D.J.J. Chem. Soc., Chem. Comm. 1994, 1783].

Известен способ (Магеррамов A.M., Ахмедов Ш.Т., Дадашева Л.А., Садыхов Н.С., Бекташи С.Г. Науч. тр. Азерб. ун-та. Сер. хим. №35, 1979) получения полициклопропанового углеводорода 2 взаимодействием спиро[2.4]гекса-4,6-диена с дииодметаном в присутствии Zn/Cu пары:

Известным способом не могут быть получены полициклопропановые углеводороды общей формулы (1).

Известен способ (M. Makosza, I. Gajos. Rocz. Chem. 1974. №48. C. 1883) получения полициклопропанового углеводорода общей формулы (3), основанный на реакции спиро[2,4]гекса-4,6-диена с дихлоркарбеном, генерируемого в условиях межфазного катализа:

Известным способом не могут быть получены полициклопропановые углеводороды общей формулы (1).

Известен способ (Томилов Ю.В., Бордаков В.Г., Долгий И.Е., Нефедов О.М. Изв. АН СССР. Сер. хим. 1984. №3. С. 582-588) получения 5-(1-циклопропилэтилиден)трицикло[4.1.0.0^2,4]гептана (4) взаимодействием 6-метил-6-циклопропилфульвена с диазометаном, генерируемым из нитрозометилмочевины, с участием палладиевого катализатора Pd(PhCN)₂Cl₂ с выходом >90%:

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по получению полициклопропановых углеводородов общей формулы (1).

Предлагается новый способ получения полициклопропановых углеводородов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии 6,6-дизамещенных фульвенов общей формулы (5) с CH₂I₂ и Et₃Al, взятыми в мольном соотношении (5): CH₂I₂ : Et₃Al=1:(2-5):(2-5), предпочтительно (5): CH₂I₂ : Et₃Al = 1:4:4, в среде гексана, в атмосфере аргона при температуре 20°C и атмосферном давлении в течение 6 ч. Выход полициклических углеводородов общей формулы (1) составляет 58-98%. Реакция протекает по схеме:

Полициклопропановые углеводороды общей формулы (1) образуются с участием 6,6-дизамещенных фульвенов, CH₂I₂ и триэтилалюминия (Et₃Al) в растворе гексана. При замене Et₃Al на i-Bu₃Al выход целевых продуктов падает до 45% вследствие неполной конверсии исходного фульвена. В присутствии Me₃Al реакция фульвенов с дииодметаном не приводит к образованию (1).

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения их содержания по отношению к фульвену (5) не приводит к существенному повышению выхода целевого продукта (1). Снижение количества CH₂I₂ и Et₃Al по отношению к фульвену (5) приводит к смеси продуктов моно- и дициклопропанирования фульвенов.

Реакции проводили при температуре 20°C. При более высокой температуре (например, 40°C) увеличиваются энергозатраты на проведение процесса, при меньшей температуре (например, 0°C) снижается скорость реакции. Опыты проводили в среде гексана, в котором хорошо растворяются исходные реагенты и целевые продукты.

Существенные отличия предлагаемого способа.

В известном способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента диазометана под действием катализатора Pd(PhCN)₂Cl₂. Известный способ не позволяет получить полициклические углеводороды общей формулы (1). В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются дииодметан (CH₂I₂) и триэтилалюминий (Et₃Al). Реакция проходит с высокими выходами без катализатора.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами.

Способ позволяет получать с высокой селективностью индивидуальные полициклопропановые углеводороды общей формулы (1), синтез которых в литературе не описан.

Способ поясняется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор в атмосфере сухого аргона при 0°C и перемешивании на магнитной мешалке помещают 5 мл гексана, 0,11 г (1 ммоль) 5-(1-метилэтилиден)-1,3-циклопентадиена, 0,6 мл (4 ммоль) Et₃Al, 0,32 мл (4 ммоль) CH₂I₂. Температуру доводят до комнатной (20°C) и перемешивают 6 ч. Реакционную массу обрабатывают 15%-ным водным раствором НС1, продукты реакции экстрагируют эфиром, выделяют 2,2-диметилспиро[циклопропан-1,5'-трицикло[4.1.0.0^2,4]гептан] с выходом 87%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1
№№ п/п	Исходный 6,6-дизамещенный фульвен	Соотношение 1,1-дизамещенный фульвен : CH2I2 : Et3Al,	Выход полициклопропанового углеводорода (1), %
1	5-(1-метилэтилиден)-1,3-циклопентадиен	1:4:4	87
2	-//-	1:5:4	89
3	-//-	1:2:4	63
4	-//-	1:4:5	91
5	-//-	1:4:2	58
6	5-(1-циклопропилэтилиден)-1,3-циклопентадиен	1:4:4	98
7	1-(2,4-циклопентадиенилиден)циклогексан	1:4:4	92
8	1-(2,4-циклопентадиенилиден)циклопентан	1:4.4	94
9	1-[1-(2,4-циклопентадиенилиден)-этил]бензол	1:4:4	86

Все опыты проводили при комнатной температуре (~20°C) в среде гексана при атмосферном давлении в атмосфере аргона в течение 6 ч.

2,2-Диметилспиро[циклопропан-1,5'-трицикло[4.1.0.0^2,4]гептан]

	Выход 87%
	Tкип 71-75°C (10 мм рт.ст.)
	Найдено (%): С, 89.03; Н, 10.80. C11H16
Вычислено (%): С, 89.12; Н, 10.88

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃), δ, м.д.: 0.22-0.25 (м, 2Н, С(6,8)Н_а), 0.27-0.29 (м, 2Н, С(7,8)H_b), 0.45-0.50 (м, 2Н, С(7)Н_а, С(5)Н), 0.52-0.56 (м, 1Н, С(6)H_b), 0.76-0.78 (м, 1Н, С(3)Н), 1.14 (с, 3Н, С(10)H₃), 1.15 (с, 3Н, С(11)Н₃), 1.44-1.48 (м, 2Н, С(1,2)Н).

Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃), δ, м.д.: 13.40 (2С, С(6,7)), 17.21 (С(3)), 20.25 (С(4)), 22.94 (С(2)), 23.07 (С(10)), 23.77 (С(11)), 24.57 (С(1)), 25.18 (С8)), 38.20 (С(5)). Масс-спектр, m/z (%): 148 (5) [М]⁺, 133 (19), 119 (8), 105 (70), 91 (100).

2-Метил-2-циклопропилспиро[циклопропан-1,5'-трицикло[4.1.0.0^2,4]гептан]

	Выход 98%
	Tкип 72-75°C (5 мм рт.ст.)
	Найдено (%): С, 89.32; Н, 10.33. C13H18
Вычислено (%): С, 89.59; Н, 10.41

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃), δ, м.д.: 0.02-0.03 (м, 0.5*1Н, С(7)Н_а), 0.03-0.04 (м, 0.5*1H, С(7')Н_а), 0.07-0.13 (м, 1H, (13,13')Н_а), 0.07-0.18 (м, 1H, С(12,12')Н_а), 0.12-0.15 (м, 0.5*1Н, С(7')H_b), 0.23-0.26 (м, 0.5*1Н, С(7)H_b), 0.24-0.31(м, 2Н, С(8,9,8',9')Н_а), 0.32-0.39 (м, 1Н, С(13,13')H_b), 0.44-0.51 (м, 1Н, С(12,12')H_b), 0.47-0.51 (м, 1Н, С(8, 8')H_b), 0.49-0.51 (м, 0.5*1Н, С(4)Н), 0.55-0.59 (м, 1Н, С(9,9')H_b), 0.55-0.59 (м, 0.5*1H, С(4')Н), 0.80-0.81 (м, 0.5*1Н, С(1)Н), 0.83-0.87 (м, 0.5*1Н, С(11)Н), 0.95-1.00 (м, 0.5*1Н, С(11')Н), 1.01-1.05 (м, 0.5*1Н, С(1')Н), 1.13 (с, 0.5*3Н, С(10)Н₃), 1.16 (с, 0.5*3Н, С(10')Н₃), 1.44-1.49 (м, 2Н, С(2,3,2',3')Н).

Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃), δ, м.д.: 2.64 и 2.74 (С(12) и С(12')), 3.65 и 3.96 (С(13) и С(13')), 13.06 и 13.10 (С(8) и С(8')), 13.12 и 13.41 (С(9) и С(9')), 15.52 и 15.76 (С(11) и С(11')), 17.41 и 17.45 (С(1) и С(1')), 20.07 и 20.90 (С(7) и С(7')), 20.21 и 20.23 (С(4) и С(4')), 21.42 и 21.60 (С(10) и С(10')), 22.75 и 22.92 (С(3) и С(3')), 24.24 и 24.29 (С(2) и С(2')), 25.18 и 25.53 (С(6) и С(6')), 38.63 и 38.68 (С(5) и С(5')).

Масс-спектр, m/z (%): 174 [М]+, 145 (21), 131 (18), 105 (39), 91 (100).

Диспиро[циклогексан-1,1'-циклопропан-2',5''-трицикло[4.1.0.0^2,4] гептан]

	Выход 92%
	Tкип 80-85°C (1 мм рт.ст.)
	Найдено (%): С, 89.10; Н, 10.65. C14H20
Вычислено (%): С, 89.29; Н, 10.71

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃), δ, м.д.: 0.27-0.30 (м, 2H, C(7)H₂), 0.34 (дд, J=4 Гц, 2H, C(9)H₂), 0.47-0.52 (м, 1Н, С(3)Н), 0.54-0.57 (м, 2Н, С(6)Н₂), 0,76-0.79 (м, 1Н, С(5)Н), 1.36-1.39 (м, 4Н, С(10,14)Н₂), 1.50-1.53 (м, 2Н, С(11)Н₂), 1.61-1.66 (м, 2Н, С(13)Н₂).

Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃), δ, м.д.: 13.21 (C(6)), 13.77 (C(7)), 16.72 (C(5)), 19.99 (С(3)), 22.27 (С(1)), 24.07 (С(9)), 24.67 (С(2)), 25.89 (С(11)), 25.95 (С(13)), 26.55 (С(12)), 27.65 (С(8)), 33.31 (С(10)), 33.85 (С(14)), 38.71 (С(4)).

Масс-спектр, m/z (%): 188 (4) [М]⁺, 173 (3), 159 (2), 145 (9), 131 (14), 117 (15), 105 (30), 91 (100).

Диспиро[циклопентан-1,1'-циклопропан-2',5''-трицикло[4.1.0.0^2,4]гептан]

	Выход 94%
	Tкип 70-75°C (1 мм рт.ст.)
	Найдено (%): С, 89.41; Н, 10.39. C13H18
Вычислено (%): С, 89.59; Н, 10.41

Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м.д.: 0.19-0.21 (м, 2Н, С(6)Н₂), 0.31-0.33 (м, 2Н, С(7)Н₂), 0.43 (дд, J=4 Гц, 2Н, С(9)Н₂), 0.49-0.51 (м, 1Н, С(5)Н), 0.67-0.70 (м, 1Н, С(3)Н), 1,39-1.44 (м, 1Н, С(13)Н), 1.47-1.51 (м, 2Н, С(1,2)Н), 1.64-1.76 (м, 4Н, С(11,12)Н₂), 1.70-1.74 (м, 2Н, С(10)Н₂), 1.89-1.93 (м, 1Н, С(13)Н).

Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃), δ, м.д.: 12.81 (С(6)), 13.19 (С(7)), 17.81 (С(3)), 20.43 (С(5)), 22.95 (С(2)), 24.72 (С(1)), 24.94 (С(9)), 26.71 (С(11)), 26.71 (С(12)), 31.69 (С(8)), 33.06 (С13)), 33.38 (С(10)), 37.04 (С(4)).

Масс-спектр, m/z (%): 174 (2) [М]⁺, 145 (5), 131 (13), 105 (25), 91 (100).

2-Метил-2-фенилспиро[циклопропан-1,5'-трицикло[4.1.0.0^2,4] гептан]

	Выход 86%
	Tкип 100-105°C (1 мм рт.ст.)
Найдено (%): С, 91.04; Н, 8.61. C16H18
	Вычислено (%): С, 91.37; Н, 8.63

Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃), δ, м.д.: 0.25-0.30 (м, 1H, С(4,4')Н), 0.40-0.41 (м, 2Н, С(8,8')Н₂), 0.53-0.55 (м, 2Н, С(9,9')Н₂), 0.75-0.78 (м, 1H, С(1,1')Н), 1.01 (дд, J=4 Гц, 2Н, С(7,7')Н₂), 1.50-1.53 (м, 1H, С(2,2')Н), 1.59 (с, 3Н, С(10,10')Н₃), 1.65-1.69 (м, 1Н, С(3,3')Н), 7.26 (м, 1H, С(14,14')Н), 7.37-7.42 (м, 4Н, С (12,13,15,16,12',13',15',16')Н).

Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃), δ, м.д.: 13.26 и 13.62 (С(8) и С(8')), 13.84 и 14.06 (С(9) и С(9')), 17.19 и 19.05 (С(4) и С(4')), 19.47 и 21.56 (С(1) и С(1')), 23.54 и 23.17 (С(7) и С(7')), 23.66 и 24.69 (С(3) и С(3')), 24.31 и 25.09 (С(2) и С(2')), 24.80 и 25.66 (С(10) и С(10')), 30.54 и 30.65 (С(5) и С(5')), 40.11 и 40.36 (С(6) и С(6')), 125.11 и 125.61 (С(14) и С(14')), 127.78 и 128.29 (2С, С(12,16) и 2С, С(12',16')), 128.61 и 128.71 (2С, С(13,15) и 2С(13',15')), 145.56 и 145.66 (С(11) и С(11')).

Масс-спектр, m/z (%): 210 (4) [М]⁺, 195 (14), 141 (11), 105 (43), 91 (100).

Способ получения полициклопропановых углеводородов общей формулы (1)

отличающийся тем, что 6,6-дизамещенные фульвены общей формулы (5)

, где R=R'=Me; R=R'=(CH₂)₄, (СН₂)₅; R=Me, R'=cyclo-Pr; R=Me, R'=Ph, подвергают взаимодействию с дииодметаном (CH₂I₂) и триэтилалюминием (Et₃Al) при мольном соотношении 1,1-дизамещенный фульвен : CH₂I₂ : Et₃Al=1:(2-5):(2-5), в среде гексана, в атмосфере аргона при 20°C и атмосферном давлении в течение 6 ч.