Способ получения спиро[3.3]гептана

Изобретение относится к области органического синтеза, конкретно к способу получения спиро[3,3]гептана, который может найти применение в тонком органическом синтезе, в производстве жидкокристаллических систем, а также биологически активных веществ. Сущность предложенного способа заключается во взаимодействии метиленциклобутана с триэтилалюминием в присутствии катализатора - цикронацендихлорида в атмосфере аргона при комнатной температуре в гексане в течение 5-7 ч с последующим добавлением трифенилфосфина, ацетилацетоната палладия, свежеперегнанного аллилхлорида и перемешиванием реакционной массы 5 ч. Технический результат - упрощение способа и получение целевого соединения с высокой селективностью. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения спиро[3.3]гептана общей формулы (1):

Спиро[3.3]гептан может найти применение в тонком органическом синтезе, в производстве жидкокристаллических систем, а также биологически активных веществ.

Известен способ [У.М.Джемилев, В.А.Докичев, С.З.Султанов, Р.И.Хуснутдинов, Ю.В.Томилов, О.М.Нефедов, Г.А.Толстиков. Взаимодействие диазоалканов с непредельными соединениями. Сообщение 6. Каталитическое циклопропанирование различных непредельных углеводородов и их производных с диазометаном. Известия АН СССР. Сер.хим., №8, 1989, 1861-1869] получения спирогексана (2) взаимодействием метиленциклобутана с эфирным раствором диазометана в присутствии катализатора Pd(acac)₂ с выходом 48% по схеме:

Известный способ не позволяет синтезировать спиро[3.3]гептан формулы (1).

Известен способ [B.Weinstein, A.H.Fenselau, J.G.Thoene. Syntesis of Spiro[3.3]heptane. J.Chem.Soc., 1965 (March), 2281] получения спиро[3.3]гептана (1) с выходом 50% двустадийной реакцией исходя из спирогептанкарбоновой кислоты, ацетата свинца Pb(ОАс)₄, иода 12 и лития Li по схеме:

Известный способ синтеза спиро[3.3]гептана (1) предполагает использование дорогостоящей и труднодоступной спирогептанкарбоновой кислоты, токсичного тетраацетата свинца, процесс проходит в две технологические стадии с выделением промежуточного продукта.

Предлагается усовершенствованный способ синтеза спиро[3.3]гептана (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии метиленциклобутана с триэтилалюминием (Et₃Al) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Ср₂ZrCl₂), взятых в мольном соотношении метиленциклобутан: Et₃Al: Cp₂ZrCl₂=10: (10-14): (0.4-0.6), предпочтительно 10:12:0.5, в атмосфере аргона при комнатной температуре (˜20°С) и атмосферном давлении в алифатическом (гексан) растворителе в течение 5-7 ч с последующим добавлением к реакционной массе при -10°С диэтилового эфира в объеме, равном объему алифатического растворителя, затем трифенилфосфина (Ph₃Р) и ацетилацетоната палладия (Pd(acac)₂) в эквимольном к Cp₂ZrCl₂ количестве, затем свежеперегнанного аллилхлорида в трехкратном избытке на взятый Et₃Al, перемешивают реакционную массу еще 5 ч. Получают целевой продукт (1) с выходом 69-78%.

Реакция протекает по схеме:

Целевой продукт (1) образуется только лишь с участием в качестве исходных реагентов метиленциклобутана, триэтилалюминия, аллилхлорида и комплексных катализаторов Cp₂ZrCl₂, Pd(acac)₂ - Ph₃Р. В присутствии других олефинов (например, 4-винилциклогекс-1-ена, метиленалканов, циклоолефинов), других соединений алюминия (например, EtAlCl₂, изо-Bu₃Al, изо-Bu₂AlCl, изо-Bu₂AlH) или других комплексов переходных металлов (например, Zr(acac)₄, Ср₂TiCl₂, Ni(acac)₂, Fe(асас)₃) целевой продукт (1) не образуется.

Проведение реакции в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ больше 0.6 ммоль на 10 ммоль метиленциклобутана не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование в реакции катализатора Cp₂ZrCl₂ менее 0.4 ммоль на 10 ммоль метиленциклобутана снижает выход спиро[3.3]гептана (1), что связано с уменьшением каталитически активных центров в реакционной массе.

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения содержания Et₃Al по отношению к метиленциклобутану не приводит к значительному повышению выхода целевого продукта (1). Снижение количества Et₃Al по отношению к метиленциклобутану уменьшает выход спиро[3.3]гептана (1).

Существенные отличия предлагаемого способа

В предлагаемом способе используются в качестве исходных соединений производимые в промышленных масштабах метиленциклобутан, Et₃Al и аллилхлорид, а также доступные катализаторы Cp₂ZrCl₂ и Pd(acac)₂. Процесс проходит в одну технологическую стадию без выделения промежуточных подуктов.

В известном способе спиро[3.3]гептан (1) получают из дорогостоящей и труднодоступной спирогептанкарбоновой кислоты и токсичного тетраацетата свинца Pb(ОАс)₄, процесс проходит в две технологические стадии с выделением промежуточного продукта.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Способ позволяет получать с высокой селективностью спиро[3.3]гептан (1) без использования труднодоступной спирогептанкарбоновой кислоты и высокотоксичного тетраацетата свинца Pb(ОАс)₄.

Способ поясняется следующими примерами:

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 2 мл гексана, 0.5 ммоль Cp₂ZrCl₂, 10 ммолей метиленциклобутана, при температуре ˜0°С 12 ммолей Et₃Al, перемешивают при комнатной температуре 6 ч. Далее реакционную массу охлаждают до -10°С, добавляют диэтиловый эфир 2 мл, 0.5 ммоль Ph₃Р, 0.5 ммоль Pd(acac)₂ и 36 ммолей свежеперегнанного аллилхлорида. Температуру доводят до комнатной и перемешивают еще 5 часов. Получают индивидуальный спиро[3.3]гептан (1) с выходом 72%.

Спектр ЯМР13С (δ, м.д.) спиро[3.3]гептана (1): 16.34 (С2,7), 35.19 (С1,3,6,8), 44.21 (С4)

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ п/п	Мольное соотношение метиленциклобутан:Et3Al:Ср2ZrCl2:Ph3Р:Pd(асас)2:аллилхлорид, ммоль	Общее время реакции, час	Выход (1),%
1	10:12:0.5:0.5:0.5:36	11	72
2	10:14:0.5:0.5:0.5:42	11	74
3	10:10:0.5:0.5:0.5:30	11	71
4	10:12:0.6:0.6:0.6:36	11	78
5	10:12:0.4:0.4:0.4:36	11	69
6	10:12:0.5:0.5:0.5:36	12	73
7	10:12:0.5:0.5:0.5:36	10	70

Все опыты проводили при комнатной температуре (˜20°С) в гексане.

Способ получения спиро[3.3]гептана общей формулы (1)

отличающийся тем, что метиленциклобутан брутто-формулы C₅H₈ подвергают взаимодействию с триэтилалюминием Et₃Al в присутствии катализатора цирконацендихлорида Ср₂ZrCl₂ в мольном соотношении метиленциклобутан:Et₃Al:Ср₂ZrCl₂=10:(10-14):(0,4-0,6) в атмосфере аргона при нормальном давлении в гексане, в течение 5-7 ч с последующим добавлением при -10°С диэтилового эфира в объеме, равном взятому гексану, трифенилфосфина Ph₃Р и ацетилацетоната палладия Pd(acac)₂ в эквимольном к Cp₂ZrCl₂ количестве, затем прибавляют свежеперегнанный аллилхлорид в трехкратном избытке на взятый Et₃Al, температуру доводят до комнатной и перемешивают еще 5 ч.