Способ получения замещенных инданонов

 

Изобретение относится к способу получения замещенных инданонов формулы (IV) или (IVa) где R¹ - R⁷ означают преимущественно водород или алкил или соседние остатки, R¹ - R⁴ образуют цикл, получают одностадийной реакцией, в которой соединение формулы (I) реагирует с соединением формулы (II) или соединением формулы (III) в безводном фтористом водороде и в присутствии трехфтористого бора.

Изобретение относится к технически простому способу получения замещенных 1-инданонов.

Соединения этого типа являются важными промежуточными продуктами при получении металлоценовых комплексов, так как 1-инданоны могут быть легко переведены в соответствующие индены. Индены используются в качестве лигандной системы для синтеза металлоценовых комплексов (EP-A 336 128).

Известен способ (EP 93 106 649.2), который позволяет получать замещенные 1-инденоны в одну стадию из сравнительно недорогих исходных соединений. В случае определенных исходных продуктов по этому способу образуются два или больше изомера, причем едва ли возможно получить преимущественно один из этих изомеров. Кроме того, в случае сильно дезактивированных ароматизированных ароматических соединений этот способ очень продолжителен или непригоден.

В литературе описан ряд способов получения замещенных 1-инданонов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения замещенных инданонов и их изомеров (патент EP 0162465, C 07 C 49/67, 1985) общей формулы , где R¹-R⁷ означают одинаковые или различные водород, галоген, C₁-C₂₀-алкил, C₆-C₁₄-арил, C₁-C₁₀-алкокси, C₂-C₁₀-алкенил, C₇-C₁₀-арилалкил, C₆-C₁₀-арилокси, C₁-C₁₀-фторалкил, или соседние остатки R¹-R⁴ вместе со связывающими их атомами образуют один или несколько замещенных или незамещенных циклов с использованием ароматического соединения.

Известные способы, как правило, многостадийны и приводят к низкому выходу целевых продуктов. Многие синтезы не являются общими, а ограничены специальными производными, исходные материалы также труднодоступны или дороги. Известными способами нельзя реализовать модельное замещение у ароматических соединений. Некоторые известные одностадийные синтезы ограничены специальными производными и приводят к низким выходам, так что требуются технически трудные операции очистки.

Задача изобретения - нахождение способа получения вышеназванных инданонов, который избегал бы недостатков, известных из уровня техники.

Показано, что ароматические соединения указанной ниже формулы (I) быстро, почти количественно и уже при мягких условиях реагируют с ангидридами карбоновых кислот формулы (II) или фторангидридами карбоновых кислот формулы (III) в жидком фтористом водороде в присутствии трехфтористого бора с образованием инданонов формулы IV/IVa. Кроме того, определенные инданоны, которые согласно уровню техники доступны только в результате используемых синтезов, можно получить в одну стадию.

Данное изобретение относится к способу получения замещенных инданонов формулы (IV) , или их изомеров формулы (IVa)
,
в которой R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶ и R⁷ одинаковые или различные и означают водород, галоген, C₁-C₂₀-алкил, C₆-C₁₄-арил, C₁-C₁₀-алкокси, C₂-C₁₀-алкенил, C₇-C₁₀-арилалкил, C₆-C₁₀-арилокси, C₁-C₁₀-фторалкил, или соседние остатки R¹-R⁴ вместе со связывающими их атомами образуют один или несколько замещенных или незамещенных циклов, отличающийся тем, что соединение формулы (I)

реагирует с соединением формулы (II)

или с соединением формулы (III)
,
в которых
R¹-R⁷ имеют указанные значения, в жидком безводном фтористом водороде и в присутствии трехфтористого бора.

При этом алкил имеет прямую или разветвленную цепь атомов, галоген означает фтор, хлор, бром или иод, особенно фтор или хлор.

В формулах (IV) и (IVa), R¹, R², R³, R⁴ предпочтительно одинаковые или различные и означают водород, C₁-C₁₀-алкил, C₁-C₄-алкокси, C₂-C₆-алкенил, C₆-C₁₄-арил, C₁-C₆-фторалкил, или атом галогена или остатки R¹ и R², R² и R³ или R³ и R⁴ образуют вместе со связывающими их атомами пяти- или шестичленный цикл, R⁵, R⁶ и R⁷ одинаковые или различные означают водород, C₁-C₁₀-алкил или C₆-C₁₄-арил.

Циклы, образованные соседними остатками R¹-R⁴, могут быть замещены заместителями в значении R¹-R⁷.

Наиболее предпочтительно R¹, R², R³ и R⁴ одинаковые или различные и означают водород, C₁-C₁₀-алкил, C₂-C₁₄-арил, C₁-C₄-алкокси или атом галогена или остатки R¹ и R², R² и R³ или R³ и R⁴ образуют вместе со связывающими их атомами пяти- или шестичленный, преимущественно шестичленный насыщенный или ненасыщенный карбоцикл и R⁵, R⁶ и R⁷ одинаковые или различные и являются водородом, метилом или фенилом.

Образованный соседними заместителями R¹-R⁴ насыщенный или ненасыщенный пяти- или шестичленный цикл (карбоцикл) может дополнительно нести заместители, преимущественно C₁-C₁₀-алкил.

В качестве примеров формул (IV) и (IVa) следует назвать:
6,7-бензо-2-метилиндан-1-он, 4,5-бензо-2-метилиндан-1-он; 5,7-диизопропил-2-метилиндан-1-он, 4,6-диизопропил-2-метилиндан-1-он;
2,5-диметилиндан-1-он, 2,6-диметилиндан-1-он;
5-изобутил-2-метилиндан-1-он;
2,5,7-триметил-1-инданон, 2,4,6-триметил-1-инданон;
2-метилиндан-1-он;
2,4,5,6-тетраметилиндан-1-он;
5-фенил-2-метилиндан-1-он;
8-метил-4,5,7,8-тетрагидроциклопента/е/аценафтилен-9-он;
2-метил-3,9-дигидо-2H-циклопента/b/флуорен-1-он;
2-метил-2,10-дигидро-1H-циклопента/a/флуорен-3-он;
16-метил-6,7,15,16-тетрагидроциклопента/a/фенантрен-17-он;
9-метил-5,6,9,10-тетрагидроциклопента/b/фенантрен-8-он;
5-метокси-2-метилиндан-1-он;
5,6-диметокси-2-метилиндан-2-он.

Инданоны в зависимости от типа замещения ароматического соединения могут получаться в форме двух структурных изомеров формулы (IV) и (IVa). В зависимости от цели применения они могут быть получены в чистой форме или в виде смеси. При получении металлоценовых комплексов и при использовании 1-инданонов можно использовать в реакции смесь изомеров.

Преимущественно инданоны IV/IVa получают по реакции ароматических соединений формулы (I) с ангидридами формулы (II).

Исходные соединения формулы (I) имеются в торговле или они могут быть получены известными из литературы методами.

Фторангидриды карбоновых кислот формулы (III) могут быть получены из известных хлорангидридов карбоновых кислот или ангидридов карбоновых кислот (формула II) известным из литературы образом под действием HF.

При получении соединений (IV) и (IVa) к фтористому водороду можно дополнительно добавить растворитель, однако предпочтительно используют чистый безводный фтористый водород.

Молярное соотношение соединений формулы (I), (II) или (III) и фтористого водорода может колебаться в широких пределах. Предпочтительным является молярное соотношение соединения I:II или II: HF = 1:0,5 - 2,0 : 5-100; особенно 1:0,9-1, - 1,2:20-50, т.е. работают с избытком фтористого водорода.

Если число простых эфирных, кето-, тио- или карбоксигрупп в исходных соединениях соответствует значению X, то молярное соотношение трехфористого бора к соединению формулы (I) составляет (0,5-1,5)x:1.

Температуру реакции изменяют преимущественно от -30^oC до 130^oC, особенно от -10^oC до 80^oC.

Время реакции колеблется, как правило, между 10 мин и 24 ч, преимущественно между 30 мин и 8 ч.

Преимущественно подается смесь соединений (I) и (II) или (I) и (III) и в нее дозируется фтористый водород. Возможна и обратная последовательность.

После окончания реакции фтористый водород может быть отогнан и вновь выделен почти количественно без достойных упоминания загрязнений. Принципиально возможна и рекуперация трехфтористого бора.

Инданоны формулы (IV) и (IVa) могут быть освобождены от кислотных примесей промыванием раствором Na₂CO₃, NaHCO₃ или KOH и водой и высушены такими обычными осушителями, как Na₂SO₄, MgSO₄ или молекулярные сита. Так как степени превращения, как правило, близки к количественным, в большинстве случаев можно отказаться от дальнейшей очистки. Однако часто рекомендуется фильтрация через силикагель, окись алюминия или фильтрующие вспомогательные средства, как, например, целиты. Если необходимо, дальнейшую очистку осуществляют путем перегонки, колоночной хроматографии или кристаллизации. При необходимости структурные изомеры III и IIIa разделяют колоночной хроматографией на силикагеле или окиси алюминия.

Способ согласно изобретению отличается также тем, что по-разному замещенные 1-инданоны могут быть получены простым и непродолжительным синтезом (одностадийный процесс) и с количественным выходом. При этом выходы по времени-объему значительно улучшаются по сравнению с известным уровнем техники в результате использования трехфтористого бора. Дальнейшим преимуществом этого способа является возможность оптимизации селективности продукта путем незначительного изменения условий реакции (например, температуры). Особым преимуществом является то, что по способу согласно изобретению и электронообедненные ароматические соединения, как, например, фторбензол, могут реагировать до соответствующего инданона, что было невозможно согласно прежнему уровню техники.

Инданоны IV/IVa преимущественно используются для получения металлоценов или в качестве душистых веществ.

Пример А. 6,7-Бензо-2-метилиндан-1-он (I) и 4,5-бензо-2-метилиндан-1-он (Ia). 12,6 г (98 ммоль) нафталина, 15,8 г (103 ммоль) ангидрида метакриловой кислоты и 100 г (5 моль) фтористого водорода вводят в автоклав из высококачественной стали объемом 250 мл, содержащий 14 г трехфтористого бора, и проводят реакцию 1 ч при - 10^oC. В заключении реакционную смесь переносят на 1 кг льда и раствор нейтрализуют разбавленным КОН. После многократной промывки водной фазы этилацетатом отделенные и высушенные органические фазы освобождают в вакууме от растворителя. При этом получают 18,7 (выход 95%) смеси из соединений (I) и (Ia) с селективностью 81 или 19%.

Пример для сравнения А. 12,6 г (98 ммоль) нафталина и 15,8 г (103 ммоль) ангидрида метакриловой кислоты реагируют в 100 г (5 моль) HF 18 ч при 50^oC. Обработку проводят аналогично примеру А. При этом получено 19 г (выход 97%) продукта. Селективность составляет 58% для соединения (I) или 39% для соединения (Ia).

Пример В. 5-фтор-2-метилиндан-1-он (2). 9,6 г (100 ммоль) фторбензола, 15,8 г (103 ммоль) ангидрида метакриловой кислоты и 100 г (5 моль) HF прибавляют аналогично примеру А к 14 г (206 ммоль)) трехфтористого бора и перемешивают 3 ч при 50^oC. Обработку проводят аналогично примеру А. При этом получают 16 г (выход 97%) почти бесцветной жидкости. Селективность относительно соединения (II) составляет 82%.

Пример для сравнения В. 9,6 г (100 ммоль) фторбензола, 16 г (104 ммоль) ангидрида метакриловой кислоты и 100 г (5 моль) HF реагируют 18 ч при 70^oC. Обработку проводят аналогично примеру А. При этом 5-фтор-2-метилиндан-1-он не выделен.

Пример С. 2-Метил-5-фенилиндан-1-он (3). 15,4 г (100 ммоль) бифенила, 16 г (104 ммоль) ангидрида метакриловой кислоты, 100 г (5 моль) HF и 14 г (206 ммоль) BF₃, реагируют аналогично примеру А 2 ч при 50^oC. При этом выделено 22 г (выход 99%) продукта. Селективность относительно соединения (III) составляет 94%.

Пример для сравнения С. 15,4 г (100 ммоль) бифенила и 16 г (104 ммоль) ангидрида метакриловой кислоты реагируют со 100 г (5 моль) HF 60 ч при 70^oC. После обработки, проведенной аналогично А, получено 22,2 г (выход 100%) продукта. Селективность составляет 92%.

Формула изобретения

1. Способ получения замещенных инданонов общей формулы IV

или их изомеров общей формулы IVа

где R₁ - R₇, одинаковые или различные, - водород, галоген, С₁ - С₂₀-алкил, С₆ - С₁₄-арил, С₁ - С₁₀-алкокси, С₂ - С₁₀-алкенил, С₇ - С₁₀-арилалкил, С₆ - С₁₀-арилокси, С₁ - С₁₀-фторалкил, или соседние остатки R¹ - R⁴ вместе со связывающими их автомами образуют один или несколько замещенных или незамещенных циклов,
с использованием ароматического соединения, отличающийся тем, что в качестве ароматического соединения используют соединение общей формулы I

где R¹ - R⁴ имеют указанные значения,
которое подвергают взаимодействию с соединением общей формулы II

или с соединением общей формулы III

где R⁵ - R⁷ имеют указанные значения,
в избытке жидкого безводного фтористого водорода в присутствии трехфтористого бора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в формулах IV и IVа R¹ - R⁴, одинаковые или различные, означают водород, С₁ - С₁₀-алкил, С₁ - С₄-алкокси, С₆ - С₁₄-арил, С₂ - С₆-алкенил, С₁ - С₆-фторалкил, галоген, остатки R¹ и R², R² и R³ или R³ и R⁴ образуют вместе со связывающими их атомами пяти- или шестичленный цикл, R⁵ - R⁷, одинаковые или различные, означают водород, С₁ - С₁₀-алкил или С₆ - С₁₄-арил.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в формулах IV и IVа R¹ - R⁴, одинаковые или различные, означают водород, С₁ - С₁₀-алкил, С₆ - С₁₄-арил, С₁ - С₄-алкокси или галоген или остатки R¹ и R², R² и R³ или R³ и R⁴ образуют вместе со связывающими их атомами шестичленный насыщенный или ненасыщенный карбоцикл и R⁵ - R⁷, одинаковые или различные, - водород, метил или фенил.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что молярное соотношение соединение I : соединение II или соединение III : фтористый водород составляет 1 : 0,5 - 2,0 : 5 - 100 соответственно.

5. Способ по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что молярное соотношение трехфтористый бор : соединение I составляет 0,5 - 1,5x : 1, где x - число простых эфирных, кетогрупп в исходных соединениях.