Способ получения 5,7-диметил-3-гидроксиметил-1-адамантанола

Настоящее изобретение относится к способу получения 5,7-диметил-3-гидроксиметил-1-адамантанола, который может быть использован в качестве исходного субстрата в синтезе сложных эфиров – ключевых компонентов базовых основ масел для теплонапряженных газотурбинных двигателей современной авиации. Способ заключается во взаимодействии 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты с этилхлорформиатом в мольном соотношении 1:1-2 в расчете на исходный субстрат в присутствии триэтиламина в ТГФ при комнатной температуре в течение 2-6 ч с последующим фильтрованием хлоргидрата триэтиламина и добавлением боргидрида натрия в мольном соотношении 1:2-4 в расчете на исходный субстрат. Предлагаемый способ позволяет получить целевой продукт с высоким выходом при использовании простой технологии. 8 пр.

 

Изобретение относится к способу получения 5,7-диметил-3-гидроксиметил-1-адамантанола - двухатомного спирта каркасного строения. За счет наличия в узловых положениях каркаса гидроксильных групп, которые связаны непосредственно с каркасом, так и отделенных от него одним метиленовым звеном, такие спирты могут быть рассмотрены в качестве исходных субстратов в синтезе сложных эфиров с комплексом ценных эксплуатационных свойств. Последние же могут быть использованы в качестве ключевых компонентов базовых основ масел для теплонапряженных газотурбинных двигателей современной авиации.

Данным изобретением решена задача получения двухатомного спирта каркасного строения - 5,7-диметил-3-гидроксиметил-1-адамантанола:

Известен способ получения незамещенного метальными группами 3-гидроксиметил-1-адамантанола, который заключается в восстановлении 3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты алюмогидридом лития в ТГФ [Патент US 6392104]. Выход продукта составляет 95%. Недостатком метода является необходимость абсолютирования растворителя и использование алюмогидрида лития в качестве восстановительного агента, что усложняет выделение целевого продукта из реакционной смеси.

Известен похожий способ восстановления 3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты боргидридом натрия в ТГФ; выход 3-гидроксиметил-1-гидроксиадамантана составляет 90%. [Патент ЕР 1000924].

Остальные методы получения являются лабораторными. Одним из таких способов является радикальное гидроксиметилирование 3-йод-1-адамантанола с использованием параформа в присутствии тетрабутиламмоний цианоборгидрида. Несмотря на хороший выход продукта (77%), метод не может быть реализован при промышленном производстве, так как подразумевает использование дорогостоящих реагентов и труднодоступного 3-йод-1-адамантанола [J. Am. Chem. Soc. 2012. 134. 875-877].

Также 3-гидроксиметил-1-адамантанол можно получить в три стадии из 1-адамантилметанола. Первоначально проводят нитроксилирование исходного субстрата с образованием динитрата 3-гидроксиметил-1-адамантанола. Полученное динитроксипроизводное подвергают гидролизу с образованием 3-нитроксиметил-1-адамантанола, который далее восстанавливают в целевой спирт. Суммарный выход по трем стадиям составляет 44% [Журн. орг. химии. 1993. 29 (7). 1126-1131].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу методом синтеза является восстановление 3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты боргидридом натрия в ТГФ в присутствии эфирата трехфтористого бора [Патент WO 2015087262]. Выход продукта по данному методу составляет 90%. Основным недостатком является использование восстановительной системы NaBH₄-BF₃⋅Et₂O, которая обусловливает высокую стоимость синтеза, необходимость абсолютирования растворителя и токсичность выделяющегося В₂Н₆.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения 5,7-диметил-3-гидроксиметил-1-адамантанола - двухатомного спирта каркасного строения.

Техническим результатом изобретения является простой в техническом отношении метод получения 5,7-диметил-3-гидроксиметил-1-адамантанола.

Технический результат достигается тем, что синтез 5,7-диметил-3-гидроксиметил-1-адамантанола проводили взаимодействием 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты с этилхлорформиатом в мольном соотношении 1:1-2 в расчете на исходный субстрат в присутствии триэтиламина в ТГФ при комнатной температуре в течение 2-6 ч с последующим фильтрованием хлоргидрата триэтиламина и добавлением боргидрида натрия в мольном соотношении 1:2-4 в расчете на исходный субстрат.

Выделение целевого продукта осуществляли добавлением в реакционную смесь воды, разделением водно-органической фазы, упариванием органической фазы, дополнительной экстракцией продукта из водной среды этилацетатом и последующей отгонкой растворителя. Полученный продукт очищали перекристаллизацией из толуола.

Основные отличительные признаки предлагаемого способа можно сформулировать следующим образом:

1. Использование этилхлорформиата для образования промежуточного смешанного ангидрида 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой и этилугольной кислот.

2. Отсутствие необходимости абсолютирования растворителей. Выполнение способа:

Строение синтезированных соединений подтверждено данными ЯМР-спектроскопии. Спектры ЯМР ¹Н записаны на приборе Jeol JNM ЕСХ 400 (400 МГц), в ДМСО-d6. Элементный анализ выполнен на автоматическом CHNS-анализаторе "EuroVectorEA-3000".

Изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами. В примерах описано получение заявляемым способом нового двухатомного спирта адамантанового ряда, содержащего в своей структуре гидроксильные группы, одна из которых непосредственно связана с узловым положением каркаса, а другая - отделена от него одним метиленовым звеном.

Пример 1.

К суспензии 10 г (0.045 моль) 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты в 90 мл ТГФ при температуре не выше 10°С последовательно добавляют 9.3 мл (0.067 моль) триэтиламина и 7.1 мл (0.067 моль) этилхлорформиата. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 4 ч. Осадок хлоргидрата триэтиламина отфильтровывают, промывают ТГФ, к фильтрату добавляют 5.07 г (0.134 моль) боргидрида натрия. Затем в течение 1 ч по каплям добавляют 5 мл воды. Реакционную массу разлагают 170 мл воды. Слои разделяют, органический слой сушат и упаривают в вакууме. Водный слой экстрагируют этилацетатом (3×120 мл), объединенные фракции промывают 0.5 н раствором соляной кислоты, водой и насыщенным раствором соли, затем сушат. Растворитель упаривают в вакууме. Продукт очищают перекристаллизацией из толуола. Выход 8.53 г (91%). Т. пл. 136-137°С. Спектр ЯМР¹H δ, м.д.: 0.79 с (3Н, СН₃), 0.91-0.99 м (6Н, CH₂Ad), 1.12-1.14 м (6Н, CH_2Ad), 3.00 д (2Н, J 5.72 Гц, СН₂), 4.27 с (1Н, ОН), 4.32 т (1Н, J 5.72 Гц, ОН). Спектр ЯМР¹³С, δ, м.д.: 30.4 (СН₃), 33.7 (С), 45.1 (СН₂), 46.2 (СН₂), 50.7 (СН₂), 51.7 (СН₂), 68.9 (С), 71.1 (СН₂). Найдено, %: С 74.26; Н 10.58. C₁₃H₂₂O₂. Вычислено, %: С 74.24; Н 10.54.

Пример 2.

К суспензии 10 г (0.045 моль) 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты в 90 мл ТГФ при температуре не выше 10°С последовательно добавляют 6.2 мл (0.045 моль) триэтиламина и 4.8 мл (0.045 моль) этилхлорформиата. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 6 ч. Осадок хлоргидрата триэтиламина отфильтровывают, промывают ТГФ, к фильтрату добавляют 5.07 г (0.134 моль) боргидрида натрия. Затем в течение 1 ч по каплям добавляют 5 мл воды. Реакционную массу разлагают 170 мл воды. Слои разделяют, органический слой сушат и упаривают в вакууме. Водный слой экстрагируют этилацетатом (3×120 мл), объединенные фракции промывают 0.5 н раствором соляной кислоты, водой и насыщенным раствором соли, затем сушат. Растворитель упаривают в вакууме. Продукт очищают перекристаллизацией из толуола. Выход 8.25 г (88%).

Пример 3.

К суспензии 10 г (0.045 моль) 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты в 90 мл ТГФ при температуре не выше 10°С последовательно добавляют 6.2 мл (0.045 моль) триэтиламина и 4.8 мл (0.045 моль) этилхлорформиата. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 8 ч. Осадок хлоргидрата триэтиламина отфильтровывают, промывают ТГФ, к фильтрату добавляют 3.4 г (0.09 моль) боргидрида натрия. Затем в течение 1 ч по каплям добавляют 3 мл воды. Реакционную массу разлагают 170 мл воды. Слои разделяют, органический слой сушат и упаривают в вакууме. Водный слой экстрагируют этилацетатом (3×120 мл), объединенные фракции промывают 0.5 н раствором соляной кислоты, водой и насыщенным раствором соли, затем сушат. Растворитель упаривают в вакууме. Продукт очищают перекристаллизацией из толуола. Выход 4.87 г (52%).

Пример 4.

К суспензии 10 г (0.045 моль) 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты в 90 мл ТГФ при температуре не выше 10°С последовательно добавляют 9.3 мл (0.067 моль) триэтиламина и 7.1 мл (0.067 моль) этилхлорформиата. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 3 ч. Осадок хлоргидрата триэтиламина отфильтровывают, промывают ТГФ, к фильтрату добавляют 6.8 г (0.18 моль) боргидрида натрия. Затем в течение 1 ч по каплям добавляют 6 мл воды. Реакционную массу разлагают 170 мл воды. Слои разделяют, органический слой сушат и упаривают в вакууме. Водный слой экстрагируют этилацетатом (3×120 мл), объединенные фракции промывают 0.5 н раствором соляной кислоты, водой и насыщенным раствором соли, затем сушат. Растворитель упаривают в вакууме. Продукт очищают перекристаллизацией из толуола. Выход 8.43 г (90%).

Пример 5.

К суспензии 10 г (0.045 моль) 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты в 90 мл ТГФ при температуре не выше 10°С последовательно добавляют 12.4 мл (0.09 моль) триэтиламина и 9.6 мл (0.09 моль) этилхлорформиата. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 4 ч. Осадок хлоргидрата триэтиламина отфильтровывают, промывают ТГФ, к фильтрату добавляют 5.07 г (0.134 моль) боргидрида натрия. Затем в течение 1 ч по каплям добавляют 5 мл воды. Реакционную массу разлагают 170 мл воды. Слои разделяют, органический слой сушат и упаривают в вакууме. Водный слой экстрагируют этилацетатом (3×120 мл), объединенные фракции промывают 0.5 н раствором соляной кислоты, водой и насыщенным раствором соли, затем сушат. Растворитель упаривают в вакууме. Продукт очищают перекристаллизацией из толуола. Выход 8.34 г (89%).

Пример 6.

К суспензии 10 г (0.045 моль) 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты в 90 мл ТГФ при температуре не выше 10°С последовательно добавляют 12.4 мл (0.09 моль) триэтиламина и 9.6 мл (0.09 моль) этилхлорформиата. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 2 ч. Осадок хлоргидрата триэтиламина отфильтровывают, промывают ТГФ, к фильтрату добавляют 6.8 г (0.18 моль) боргидрида натрия. Затем в течение 1 ч по каплям добавляют 6 мл воды. Реакционную массу разлагают 170 мл воды. Слои разделяют, органический слой сушат и упаривают в вакууме. Водный слой экстрагируют этилацетатом (3×120 мл), объединенные фракции промывают 0.5 н раствором соляной кислоты, водой и насыщенным раствором соли, затем сушат. Растворитель упаривают в вакууме. Продукт очищают перекристаллизацией из толуола. Выход 8.25 г (88%).

Пример 7.

К суспензии 10 г (0.045 моль) 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты в 90 мл ТГФ при температуре не выше 10°С последовательно добавляют 11 мл (0.079 моль) триэтиламина и 8.4 мл (0.079 моль) этилхлорформиата. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 5 ч. Осадок хлоргидрата триэтиламина отфильтровывают, промывают ТГФ, к фильтрату добавляют 4.3 г (0.113 моль) боргидрида натрия. Затем в течение 1 ч по каплям добавляют 4 мл воды. Реакционную массу разлагают 170 мл воды. Слои разделяют, органический слой сушат и упаривают в вакууме. Водный слой экстрагируют этилацетатом (3×120 мл), объединенные фракции промывают 0.5 н раствором соляной кислоты, водой и насыщенным раствором соли, затем сушат. Растворитель упаривают в вакууме. Продукт очищают перекристаллизацией из толуола. Выход 7.00 г (75%).

Пример 8.

К суспензии 10 г (0.045 моль) 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты в 90 мл ТГФ при температуре не выше 10°С последовательно добавляют 11 мл (0.079 моль) триэтиламина и 8.4 мл (0.079 моль) этилхлорформиата. Реакционную массу перемешивают при комнатной температуре в течение 3 ч. Осадок хлоргидрата триэтиламина отфильтровывают, промывают ТГФ, к фильтрату добавляют 5.07 г (0.134 моль) боргидрида натрия. Затем в течение 1 ч по каплям добавляют 5 мл воды. Реакционную массу разлагают 170 мл воды. Слои разделяют, органический слой сушат и упаривают в вакууме. Водный слой экстрагируют этилацетатом (3x120 мл), объединенные фракции промывают 0.5 н раствором соляной кислоты, водой и насыщенным раствором соли, затем сушат. Растворитель упаривают в вакууме. Продукт очищают перекристаллизацией из толуола. Выход 7.68 г (82%).

Способ получения 5,7-диметил-3-гидроксиметил-1-адамантанола путем взаимодействия 5,7-диметил-3-гидрокси-1-адамантанкарбоновой кислоты с этилхлорформиатом в мольном соотношении 1:1-2 в расчете на исходный субстрат в присутствии триэтиламина в ТГФ при комнатной температуре в течение 2-6 ч с последующим фильтрованием хлоргидрата триэтиламина и добавлением боргидрида натрия в мольном соотношении 1:2-4 в расчете на исходный субстрат.