способ получения адамантилсодержащих ароматических соединений

Формула изобретения

Способ получения адамантилсодержащих ароматических соединений общей формулы

где R¹=R² =R³=R⁴=H, R ⁵=Ad (1); R¹=СН₃ , R²=R³=R ⁵=H, R⁴=Ad (2); R ¹=C₂H₅, R ²=R³=R⁵=H, R⁴=Ad (3); R¹=i-C ₃H₇, R²=R ³=R⁵=H, R⁴=Ad (4); R¹=R²=CH ₃, R³=R⁵=H, R⁴=Ad (5); R¹=R ³=СН₃, R²=R ⁵=H, R⁴=Ad (6); R ¹=R⁴=СН₃, R ²=R³=H, R⁵=Ad (7),

заключающийся в присоединении к производному адамантана ароматических соединений, отличающийся тем, что в качестве производного адамантана используют 1,3-дегидроадамантан, а в качестве ароматических соединений используют соединения из ряда: бензол, толуол, этилбензол, изопропилбензол (кумол), о-, м-, n- ксилол, при мольных соотношениях реагентов, равном 1:(2-4) в диэтиловом эфире при температуре 30-35°С или в среде исходного ароматического соединения при их температуре кипения 80-110°С в течение 30 мин в присутствии каталитических количеств серной кислоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии производных адамантана, а именно к новому способу получения адамантилсодержащих ароматических соединений общей формулы

где R¹=R² =R³=R⁴=H, R ⁵=Ad (1); R¹=СН₃ , R²=R³=R ⁵=H, R⁴=Ad (2); R ¹=C₂H₅, R ²=R³=R⁵=H, R⁴=Ad (3); R¹=i-C ₃H₇, R²=R ³=R⁵=H, R⁴=Ad (4); R¹=R²=CH ₃, R³=R⁵=H, R⁴=Ad (5); R¹=R ³=СН₃, R²=R ⁵=H, R⁴=Ad (6); R ¹=R⁴=СН₃, R ²=R³=H, R⁵=Ad (7),

которые являются полупродуктами для синтеза биологически активных веществ.

Известен способ получения производных адамантансодержащих ароматических соединений, состоящий во взаимодействии галогенпроизводных адамантана и ароматических углеводородов или их производных в присутствии кислот Льюиса (Н. Stetter, M.Schwartz, A.Hirschorn, Chem. Ber., 92, 1629 (1959).

Основным недостатком данного метода являются трудности отделения полученных соединений от катализатора и очистка продукта. Кроме того, хлорид алюминия при попадании воды взрывоопасен.

Существует способ получения адамантилсодержащих ароматических соединений на основе оксипроизводных адамантана в присутствии фосфорного ангидрида с последующим гидрированием на щелочном никеле [Л.А.Зосим, А.Г.Юрченко. ЖОрХ, том XVI, вып.4 (1980)].

Недостатками данного метода являются сравнительно низкий выход продуктов (60%), приводящий к потерям дорогостоящего сырья, многостадийность процесса, трудности и потери при выделении.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, по которому пара-(адамантат-1-ил)изопропилбензол получен алкилированием изопропилбензола 1-бромадамантаном, 1-гидроксиадамантаном и нитратом адамантан-1-ола в присутствии протонных и апротонных кислот. Процесс проводился в массе исходного изопропилбензола, температура изменялась в пределах от 25 до 154°С (температура кипения изопропилбензола) (Б.И. Но, Г.М.Бутов, С.М.Леденев, Р.А.Жулите // Основной органический синтез и нефтехимия. - Ярославль, 1989. - Вып. 25. - С.79-87; Б.И. Но, Г.М.Бутов, С.М.Леденев // ЖОрХ. - Том 30. - Вып.2. - С.315-316).

Недостатками данного метода являются многостадийность синтеза и сравнительно низкие выходы (26-86%).

Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичного малостадийного метода синтеза адамантилсодержащих ароматических соединений, протекающего с высоким выходом по исходному адамантану в мягких условиях.

Техническим результатом является расширение арсенала химических соединений, получаемых с высоким выходом, повышение выхода заявленных соединений, сокращение времени реакции и упрощение способа получения.

Поставленный технический результат достигается в новом способе получения адамантилсодержащих ароматических соединений общей формулы

где R¹=R² =R³=R⁴=H, R ⁵=Ad (1); R¹=СН₃ , R²=R³=R ⁵=H, R⁴=Ad (2); R ¹=C₂H₅, R ²=R³=R⁵=H, R⁴=Ad (3); R¹=i-C ₃H₇, R²=R ³=R⁵=H, R⁴=Ad (4); R¹=R²=CH ₃, R³=R⁵=H, R⁴=Ad (5); R¹=R ³=СН₃, R²=R ⁵=H, R⁴=Ad (6); R ¹=R⁴=СН₃, R ²=R³=H, R⁵=Ad (7),

заключающийся в присоединении к производному адамантана ароматических соединений, причем в качестве производного адамантана используют 1,3-дегидроадамантан, а в качестве ароматических соединений используют соединения из ряда: бензол, толуол, этилбензол, изопропилбензол (кумол), о-, м-, п-ксилол, при мольных соотношениях реагентов, равном 1:(2-4), в среде диэтилового эфира при температуре 30-35°С или в среде исходного ароматического соединения при их температуре кипения 80-110°С в течение 30 мин в присутствии каталитических количеств серной кислоты.

Сущностью метода является каталитическая реакция присоединения 1,3-дегидроадамантана к ряду ароматических соединений:

где R¹=R ²=R³=R⁴=H, R⁵=Ad (1); R¹=СН ₃, R²=R³=R ⁵=H, R⁴=Ad (2); R ¹=C₂H₅, R ²=R³=R⁵=H, R⁴=Ad (3); R¹=i-C ₃H₇, R²=R ³=R⁵=H, R⁴=Ad (4); R¹=R²=CH ₃, R³=R⁵=H, R⁴=Ad (5); R¹=R ³=СН₃, R²=R ⁵=H, R⁴=Ad (6); R ¹=R⁴=СН₃, R ²=R³=H, R⁵=Ad (7).

Преимуществом данного метода является высокий (83-91%) выход, небольшая продолжительность реакции (30 мин), простота выделения продуктов, а также возможность получения практически любых гомологов данного ряда, многие из которых являются полупродуктами для синтеза биологически активных веществ.

Возможны два пути проведения реакции.

Первый заключается во взаимодействии 1,3-дегидроадамантана с ароматическим соединением в инертном растворителе (диэтиловый эфир) в присутствие катализатора (серная кислота) с последующей нейтрализацией реакционной массы и отгонкой растворителя. Реакцию проводят в среде инертного растворителя, если температура кипения ароматического соединения превышает 110°С. Реакция проводится в диэтиловом эфире при температуре 30-35°С.

Второй заключается во взаимодействии 1,3-дегидроадамантана с ароматическим соединением в присутствие катализатора (серная кислота) с последующей нейтрализацией реакционной массы и отгонкой избытка ароматического компонента. Реакция проводится в массе ароматического соединения без растворителя, что возможно, если его температура кипения не превышает 110°С.

Реакция проводится в течение 30 мин. При уменьшении продолжительности реакции не достигается высокий выход основного продукта. Увеличение продолжительности реакции является нецелесообразным и экономически невыгодным.

Найдено, что оптимальным условием проведения реакции присоединения ароматических соединений к 1,3-дегидроадамантану является ее осуществление при мольном соотношении 1,3-дегидроадамантан : ароматическое соединение 1:2-4. Меньший избыток приводил к некоторому снижению выхода целевых продуктов. Дальнейшее увеличение содержания ароматического соединения не влияло на выход целевых продуктов и являлось нецелесообразным.

Регенерированное ароматическое соединение не содержит каких-либо примесей и пригодно для повторного аналогичного синтеза. Синтезированные соединения после отгонки избытка исходных реагентов направляются на стадию очистки.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

(Адамант-1-ил)бензол.

Мольное соотношение 1,3-дегидроадамантана и бензола составляет 1:2.

К 4,68 г (0,06 моль) бензола в присутствии 0,03 г (0,0003 моль) серной кислоты в атмосфере сухого азота при комнатной температуре прикапывают раствор 4 г (0,0298 моль) свежевозогнанного 1,3-дегидроадамантана в 20 мл бензола, смесь выдерживают 30 мин при температуре 80°С. По окончании реакции смесь нейтрализуют карбонатом натрия, отфильтровывают, отгоняют избыток бензола. Продукт выделяют перекристаллизацией из спирта.

Выход 5,65 г (89%); т.пл. 82°С. Найдено, %: С 90,55; Н 9,41. С₁₆Н₂₀. Вычислено, %: С 90,51; Н 9,49. Масс-спектр, m/z (интенсивность): 212 (M ⁺, 14%), 135 (Ad⁺, 100).

Пример 2.

4-(Адамантил-1)толуол.

Мольное соотношение 1,3-дегидроадамантана и толуола составляет 1:2.

К 5,52 г (0,06 моль) толуола в присутствии 0,03 г (0,0003 моль) серной кислоты в атмосфере сухого азота при комнатной температуре прикапывают раствор 4 г (0,0298 моль) свежевозогнанного 1,3-дегидроадамантана в 20 мл толуола, смесь выдерживают 30 мин при температуре 110°С. По окончании реакции смесь нейтрализуют карбонатом натрия, отфильтровывают, отгоняют избыток толуола. Продукт выделяют перекристаллизацией из спирта.

Выход 5,63 г (83%); т.пл. 98-99°С. Найдено, %: С 90,28; Н 9,75. С ₁₇Н₂₂. Вычислено, %: С 90,20; Н 9,80. Спектр ПМР ( , м.д.): 1,70, 1,4, 2,03, 2,21, 6,9-7,18.

Пример 3.

4-(1-Адамантил)этилбензол.

Мольное соотношение 1,3-дегидроадамантана и этилбензола составляет 1:2.

К 6,36 г (0,06 моль) этилбензола в присутствии 0,03 г (0,0003 моль) серной кислоты в атмосфере сухого азота при комнатной температуре прикапывают раствор 4 г (0,0298 моль) свежевозогнанного 1,3-дегидроадамантана в 20 мл диэтилового эфира. Смесь выдерживают 30 мин при температуре 30-35°С. По окончании реакции смесь нейтрализуют карбонатом натрия, отфильтровывают, отгоняют избыток эфира и этилбензола. Продукт выделяют перекристаллизацией из спирта.

Выход 6,34 г (87%). Найдено, %: С 90,01; Н 9,98. С₁₈Н₂₄. Вычислено, %: С 89,94; Н 10,06. Спектр ПМР ( , м.д.): 1,24, 1,69, 1,87, 2,03, 2,60, 7,05-7,24.

Пример 4.

4-(1-Адамантил)изопропилбензол.

Мольное соотношение 1,3-дегидроадамантана и изопропилбензола составляет 1:2.

К 7,21 г (0,06 моль) изопропилбензола в присутствии 0,03 г (0,0003 моль) серной кислоты в атмосфере сухого азота при комнатной температуре прикапывают раствор 4 г (0,0298 моль) свежевозогнанного 1,3-дегидроадамантана в 20 мл диэтилового эфира. Смесь выдерживают 30 мин при температуре 30-35°С. По окончании реакции смесь нейтрализуют карбонатом натрия, отфильтровывают, отгоняют избыток эфира и изопропилбензола. Продукт выделяют перегонкой.

Выход 6,60 г (86%); т.пл. 86°С; т.кип. 185°С (5 мм рт.ст.). Найдено, %: С 89,77; Н 10,25. С₁₉ Н₂₆. Вычислено, %: С 89,70; Н 10,30. Спектр ПМР ( , м.д.): 1,76, 1,88, 2,04; 7,04, 7,20; 1,10, 1,18, 2,68-2,92.

Пример 5.

4-(Адамант-1-ил)-о-ксилол.

Мольное соотношение 1,3-дегидроадамантана и о-ксилола составляет 1:4.

К 12,74 г (0,12 моль) о-ксилола в присутствии 0,03 г (0,0003 моль) серной кислоты в атмосфере сухого азота при комнатной температуре прикапывают раствор 4 г (0,0298 моль) свежевозогнанного 1,3-дегидроадамантана в 20 мл диэтилового эфира. Смесь выдерживают 30 мин при температуре 30-35°С. По окончании реакции смесь нейтрализуют карбонатом натрия, отфильтровывают, отгоняют избыток эфира и о-ксилола. Продукт выделяют перекристаллизацией из спирта.

Выход 6,37 г (88%); т.пл. 109-112°С. Найдено, %: С 90,03; Н 10,01. С₁₈Н₂₄. Вычислено, %: С 89,94; Н 10,06. Спектр ПМР ( , м.д.): 1,68, 1,84, 2,03, 2,13, 2,20, 6,9-7,20.

Пример 6.

4-(Адамант-1-ил)-м-ксилол.

Мольное соотношение 1,3-дегидроадамантана и м-ксилола составляет 1:4.

К 12,74 г (0,12 моль) м-ксилола в присутствии 0,03 г (0,0003 моль) серной кислоты в атмосфере сухого азота при комнатной температуре прикапывают раствор 4 г (0,0298 моль) свежевозогнанного 1,3-дегидроадамантана в 20 мл диэтилового эфира. Смесь выдерживают 30 мин при температуре 30-35°С. По окончании реакции смесь нейтрализуют карбонатом натрия, отфильтровывают, отгоняют избыток эфира и м-ксилола. Продукт выделяют перекристаллизацией из спирта.

Выход 6,22 г (86%); т.пл. 108-110°С. Найдено, %: С 90,03; Н 10,01. С₁₈Н₂₄. Вычислено, %: С 89,94; Н 10,06. Спектр ПМР ( , м.д.): 1,70, 1,82, 2,02, 2,15, 6,9-7,18.

Пример 7.

2-(Адамант-1-ил)-п-ксилол.

Мольное соотношение 1,3-дегидроадамантана и м-ксилола составляет 1:4.

К 12,74 г (0,12 моль) п-ксилола в присутствии 0,03 г (0,0003 моль) серной кислоты в атмосфере сухого азота при комнатной температуре прикапывают раствор 4 г (0,0298 моль) свежевозогнанного 1,3-дегидроадамантана в 20 мл диэтилового эфира. Смесь выдерживают 30 мин при температуре 30-35°С. По окончании реакции смесь нейтрализуют карбонатом натрия, отфильтровывают, отгоняют избыток эфира и п-ксилола. Продукт выделяют перекристаллизацией из спирта.

Выход 6,30 г (88%).

Найдено, %: С 90,03; Н 10,01. С ₁₈Н₂₄. Вычислено, %: С 89,94; Н 10,06. Спектр ПМР ( , м.д.): 1,73, 1,88, 2,03, 2,35, 6,70-6,85.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для применения в различных отраслях промышленности;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость».

Выводы

Разработан новый малостадийный способ получения адамантилсодержащих ароматических соединений и их производных, позволяющий получать соединения заявляемой структурной формулы с достаточно высокими выходами. Структура полученных соединений подтверждена ПМР-спектроскопией и элементным анализом.