Способ получения 2,6-д @ -циклогександиола-1,3-д @
Использование: для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа. Сущность изобретения:продукт:2,6-04-циклогександиол-1,3-О2, БФ СбНеОб02, т.кип. 135°С/13 мм рт.ст., по18 5 1,4478, выход 7%. Реагент 1: 2,6-04-циклогексанон. Реагент 2: дейтерийоксид. Условия реакции: фотоиндуцированная изомеризация при 20-100°С, 0,5-1.2 ч. V s Ј 2 01 XI сь
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21) 4843948/04 (22) 28,06.90 (46) 07.07.92. Бюл. N. 25 (71) Научйо-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного -университета им; В.И.Ленина (72) А.M.Çeoíoê; Е;Д.Скаковский, Л.Ю.Тычинская и М.М,Огородникова (53) 547,593.221.07 (088.8) (56) Соединения и изделия со стабильными изотопами. Каталог,— М.: В/О "Изотоп", 1982; Эмоли Дж.. Финей Дж., Сатклиф Л. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения. Т. 1, 2,Мир, 1968. Беллами Л. Инфракрасные спектры молекул.— M. ИЛ, 1957. Лундин А,Г.. Федин Э.И. ЯМР-спектроскопия.— М.: Наука, 1986. Merbert В;, 6аВчап Я; I, Amer. Chem. Soc., М 11; р. 2906. Dunkelblum Е., Levene R., Klein I.— Tetrahedron, 1972, ч. 28, N. 4; р. 1009. Zwiefel G., Nagasa K„Brown Н.G.- 1. Amer. Chem, Soc., t962, v, 84; р. 183. Sung М.. Chards G., Batton W.— Chem. Communs, 1969, N 15, р. 866. Sung М., Burton W.— Chem. Communs, 1976, v. 24. р. 1284. Johnson МЯ,. ЖскЬогп В.-1. Org. Chem, 1969, v. 34. N 9. р. 2781. Изобретение относится к синтетической органической фотохимии, в частности к способу синтеза диолов циклогексанового ряда, содержащих атомы дейтерия в 2,6-положениях цикла и у атомов кислорода гидроксильных гругп, „, . Ж,, 1745716 А1 Sung M., Charles G., Burton W.— l. Chem. Soc. D 1969, N 15, р. 866. Rylander РМ., Himelstein N.— Tech. Bull. 1.964„v. 5, N 2, р, 43. Lichtenberg t., Hinchy1,— Bull. Soc. Chem. Frans. 1961, р. 854. Sung М.— I. Drg. Chem..1964, ч. 29, N. 12, р. 3456. Croves 1.Т., Van M; 0er Puy. I. Amer. Chem. Soc. 1976, v. 98, N 17, р. 5290, Hartman B., Rickborn В. I. Org. Chem., 1972. v. 37, N 126; р. 4246. Bannard R.À.Â., CasseIman А.А., Hawrins 1 .R. Can. 1. Chem. 1951, ч, 43, N 8, р. 2398, Мзррей, Уильямс Д.Л. Синтезы органических соединений с изотопами водорода.— М.: ИЛ, 1961. Yutaka К., Masako О. Chem. and Pharmac. Bull. 1966, ч. 14, N 12, р, 1413. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2.6-04-ЦИКЛОГЕ КСАНДИОЛА-1,3-02 (57) Использование: для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа. Сущность изобретения:продукт:2,6-D4-циклогександиол-1,3-02, Б Ф CsHsD602, т;кип. 135 С/13 мм.рт.ст., пр 1,4478, выход 7 р. Реагент 1: 2,6-04-циклогексанон. Реагент 2: дейтерийоксид. Условия реакции: фотоиндуцированная изомеризация при 20-100 Ñ, 0,5-1,2 ч. Дейтерийсодержащие органические вещества широко используются для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа, синтеза химических соединений, содержащих изотопы и в спектроскопии. 1745716 10 Особенно важны изотопозамещенные органические вещества в научных исследованиях, где они находят применение для. изучения процессов обмена веществ в жиBblx организмах, превращений белков, жирных кислот и аминокислот, процессов фотосинтеза в растениях. Низкомолекулярные дейтерийсодержащие соединения нашли широкое применение в качестве растворителей в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и инфракрасной спектроскопии (ИКС). Эти растворители благодаря спектральной прозрачности в области протонного резонанса и изменению частот колебаний в ИК-спектрах позволяют изучать структуру органических веществ. характер межмолекулярных взаимодействий, кинетику обменных процессов, Кроме того. органические вещества, содержащие дейтерий, позволяют изучать процессы метаболизма и транспорта лекарств, гербицидов, ядов и т,д. в организмах животных и растениях. Примером соединения, обладающего комплексом полезных свойств, выразившихся в широком применении для получения гербицидов, полимерных композиций, специфического экстрагента и компонента для приготовления противовуалевых фотографических эмульсий является циклогекса ндиол-1,3. Н ал ичие атомов дейтерия в молекуле циклогександиола-1,3 позволяет осуществлять контроль за динамикой поведения этого соединения в растениях, полимерных композициях, фотоматериалах и др. Для введения атома дейтерия в молекулу органического вещества используют реакции гидрирования, изотопного обмена подвижных протонов или специальные методы, предполагающие введение групп, содержащих дейтерий, в несколько стадий. Известны способы синтеза циклогексан-1,3-диола, не содержащего дейтерий, основанные на реакциях гидроборирования — окисления циклогексен-2-ола или циклогексадиена-1,3, оксимеркурирования — восстановления циклогексен-2-ола-1, каталитического гидрирования резорцина, окисления бициклических напряженных углеводородов или циклогексанона, восстановления зпоксида циклогексен-2-ола-1, гидроксибромирования — гидролиза 1-метоксициклогексена-2. Среди известных способов синтеза циклогексан-1,3-диола (аналоги), которые приведены, отсутствуют методы, в которых бы происходили процессы внутримолекулярного окислительно-восстановительного диспропорционирования одного какого-ли15 55 бо соединения. 2,б-04-Циклогександиол1,3-D2 является новым соединением и способ синтеза его не описан, Однако по существу происходящих химических превращений наиболее близким к предлагаемому способу являются методы, включающие процессы окисления и последующего восстановления или обратную последовательность реакций. Сюда относятся методы, где в качестве исходного продукта используют циклогексен-2-ол-1, который подвергают гидроборированию — окислению или оксимеркурированию — восстановлению. К недостаткам этих методов относится высокая стоимость исходных циклогексен2-ола-1 и гидроборирующих или оксимеркурирующих реагентов. Кроме того, используемые гидроборирующие борорганические и ртутьсодержащие оксиморкурирующие реагенты относятся к высокотоксичным веществам, работа с которыми требует осторожности и последующей утилизации отходов, загрязняющих окружающую среду. НедОстатком всех указанных методов является их неприемлемость для синтеза 2,6-04-циклогександиола-1,3-02. Для получения дейтерированных спиртов используют различные методы в зависимости от количества и положения изотопа водорода в молекуле. Так. СНз00 синтезируют гидролизом диметилоксалата в присутствии дейтерийоксида или разложением тяжелой водой метилата магния. Синтез СHz000 осуществляют по методу Холфорда гидролизом 020 диазометана в кислой среде. Полностью дейтерированный метиловый спирт (СОз00) может быть получен восстановлением окиси углерода дейтерием над медно-цинк-хромовым катализатором. Согласно известному методу, приемлемому в лабораторных условиях, 00з00 получают восстановлением пропиленкарбоната литийалюминийгидридом-04. Для синтеза дейтерийсодержащих этиловых спиртов также используют реакции гидролиза и восстановления. исходя из таких дейтерированных субстратов как тяжелая вода и литийалюминийгидрид-04. Гидролиэом диэтилсульфита избытком тяжелой Воды получают С2Н500, а ВосстэнОВлением литийалюминий гид ридом-04 фенилацетата — СНзС020Н, Синтез циклогексанола-1-0 осуществляют восстановле.нием по Меервейну-Понндорфу-Верлею циклогексанона изопропилатом-2-0 алюминия в пропаноле-2-2-0. Известные способы не мспут быть использованы для получения 2.6-D:.-циклогек17/15/16 C6H6D6O2. 20 OD 40 55 сандиола-1,3-02. так как лежащие в основе этих способов реакции не позволяют ввести атомы дейтерия в требуемые положения циклогексанового скелета. Целью изобретения является разработка удобного способа синтеза нового дейтерийзамещенного производного. циклогександиола-1,3, а именно 2.6-04циклогександиола-1,3-D2 на основе легкодоступного 2,6-04-циклогексанона, которое может быть использовано для изучения динамики поведения 1 3-циклогександиола в различных обьектах: в растениях, полимерах, фоторегистрирующих композициях. Поставленная цель достигается проведением фотохимически-индуцированного окислительно-восстановительного диспропорционирования 2,6-D4-циклогексанона в дейтерированной воде под действием света лампы ДРШ-500 при 20 — 100 С в течение 0,5-1.2 ч. Образующийся целевой продукт остается в воде после экстракции органическими растворителями реакционной смеси, Для выделения 2,6-D4-циклогександиола1,3-D2 воду удаляют в вакууме на роторном испарителе. Оптимальным соотношением циклогексанон:020 является молярное соотношение (0,02-0.2):(50 — 49,6), Верхний предел концентрации задается растворимостью циклогексанона в воде при 100 С (2 г на 100 мл), нижний — нецелесообразностью проведения процесса в связи со снижением эффективности (низкий выход при значительных энергозатратах). Максимальный выход целевого продукта при оптимальном 35 соотношении реагентов и продолжительно сти реакции 51 мин достигает 7%: О 0D р р Щ И И + 920 0 D оп Синтез изотопно-замещенного субстрата с таким выходом в одну стадию сле° дует считать высокоэффективным, так как 45 введение дейтерия с помощью обменных процессов протекает с достаточно низким выходом. Содержание дейтерия в 2.6-04циклогександиоле-1,3-D2 в указанных положениях составляет 97%. Исходный 2.6-D4-циклогексанон получают из легкодоступного промышленного циклогексанона, который посредством. водородного обмена в щелочной среде (NaOD в D20) переходит в 2.6-04-циклогексанон. Пример 1. Получение 2,6-04-циклогекса ндиол а-1,3-02. 10 мл 0,2 М раствора 2,6-D4-циклогекеанона в 020 облучают в кварцевой колбе с обратным холодильником при 100 С светом ртутной лампы ДРШ-500. прошедшим теп ловой фильтр. Время полного разло>кения кетона 51 мин. Водную смесь продуктов фотолиза трижды экстрагируют хлористым метиленом при комнатной температуре. Общий объем экстрагента 60 мл. Водный раствор упаривают на вакуумном испарителе при 60 С. Выделенный продукт имеет т.кип. 135 С/13, по = 1,4478. Найдено, %: С 59,2; (Н + О) 14,5. Вычислено, %: С 59,0: (Н - О) 14,8. ИК вЂ” спектр, 1, см 2920 (СН); 2850, и 2480 (OD); 2190 и 2090 (СО) 14.8. Спектр. ЯМР С (С0300): для цисизомера: ol.370,2 м.д.; о2 42.0 м.д. (5 линий J =; о4 34,4 м.д.; тФ 33,6 м.д. (5 линий J= 18 Гц): г>5 20,9 м,д.; для трансизомера: о1,3 68,8 м.д.; cQ 40,4 м.д. (5 линий J= 18 Гц); о4 33.5 м.д.; о6 32.8 м,д. (5 линий J= 18 Гц); 0519,7 м.д, ULI ПМР-спектр (СОзОО): для цис-изомера: о1 з 3,60 м.д. (2 протона); п4 1,95 м,д. (1 протон); 1,84 м.д. (1 протон), о5 1.33 м.д, (1 протон); 1,23 м.д. (1 протон); для транс-изомера: п1,3 4,08 м.д, (2 протона); 04,5 1,76 (1 протон); 1,72 м.д. (2 протона); 1;53 м.д, (1 протон), .одержание изомеров, определенное по спектрам ПМР и ЯМР С, записанным в 1З количественном режиме, составляет: цисизомер 62%, транс-изомер 38%, Выход 7% {14 мг). Молярное соотношение реагентов 0,2:49,6. Пример 2. 10 мл 0.02 M раствора 2,6-04-циклогексанона в D20 облучают в условиях, описанных в примере 1, в течение 30 мин. Водную смесь продуктов фотолиза трижды зкстрагируют хлороформом при комнатной температуре, Общий обьем экстрагента 60 MR. Водный раствор упаривают на вакуумном испарителе при 60 С. Выход 2,.6-04-циклогександиола-1,3-D2 7% (1,4 мг). Моля рное соотношение реагентов 0,02:50. Пример 3. 10 мл 0 2 М раствора 2,6-D4"öèêëîãåêñàíîíà в D2O облучают в кварцевой колбе с обратным холодильником при 60 С как описано. Время полного фотолиза кетона 57 мин, Водную смесь продуктов фотолиза трижды экстрагируют 1745716 Составитель Н.Капитанова Техред М.Моргентал Корректор Н.Король Редактор И.Дербак Заказ 2363 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035. Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент",.г. Ужгород. ул.Гагарина. 101 четыреххлористым углеродом при комнатной температуре. Общий объем экстрагента 60 мл. В одн ы и раствор упаривают на вакуумном испарителе при 60 С. Выход 2.6-04-циклогександиола-1,3- 5 Dg 7ф (14 мг). Молярное соотношение реагентов 0,2:49,6. П.р и м е р 4. 10 мл 0,02 М раствора 2,6-04-циклогексанона в DzO облучают в кварцевой колбе аналогично примеру 3 до 10 полного фотолиза кетона, время которого 40 мин. Дальнейшая обработка аналогична примеру 1. Выход 2.6-.04-циклогександиола1,3-0z 5 (1 мг). Молярное соотношение реагентов 0,02:50, 15 Пример 5. 10 мл 02 M раствора 2,6-04-циклогексанона в 020 облучают в кварцевой колбе с обратным холодильни. ком при 20 С светом ртутной лампы ДРШ-. 500. Время полного фотолиза кетона 90 мин. 20 "Выделение целевого продукта проводят аналогично примеру 4. Выход 2,6-0 -цикло- -.. гександиола-1,3-0 -77 (14 мг). Молярное соотношение реагентов. 0,2:49,6. Пример 6. 10 мл 0,02 М раствора 25 2,6-04-циклогексанона в 020 облучают в. кварцевой колбе, как описано в примере 5. Время полного фотолиза кетона 47 мин. Выделение целевого продукта проводят аналогично примеру 4. Выход 2 6-Dq-циклогександиола-1;3-02 6 (1,2 мг).. Молярное соотношение реагентов 0,.02:50. Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить синтез 2,6-04-циклогександиола-1,3-D2 — дейтерийсодержащего аналога практически полезного 1.3-циклогександиола, который может быть использован для изучения механизмов химических реакций и биологических процес-. сов с участием 1,3-циклогександиола. Формула и зоб рете ни я Способ получения: 2,6-D4-циклогександиола-1,3-02, о т л: и ч а ю щ и и с-я- тем, что 2,6-0а-циклогексанон и дейтерийоксид при- их молярном отношении 0.02-0,2 .50-49,6 подвергают фотоиндуцированной изомериэации при..20-.100 С в течение 0,5-1,2 ч с: последующей экстракцией реакционной массы хлористым мегиленом и выделением целевого продукта упариванием в вакууме его.вбдЮого раствора.
