способ получения 1-алкиниладамантанов

Формула изобретения

Способ получения 1-алкиниладамантанов из производных адамантана и ацетиленовых соединений при катализе кислотой Льюиса, взятых в эквимольных количествах, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов использован 1-адамантанол и 1-алкин или 1-триметилсилилалкин, которые нагревают при температуре кипения 1,2-дихлорэтана в присутствии 5 мольных процентов трифлата галлия в качестве кислоты Льюиса, до полного расходования исходных соединений.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, а точнее к способам получения ацетиленовых производных адамантана, являющихся полупродуктами для органического синтеза.

Известен способ получения ди(1-адамантил)ацетилена с выходом 84% из производного адамантана, в качестве которого выступал 1-бромадамантан и бмс(триметилсилил)ацетилена в дихлорметане при - 55°C в присутствии кислоты Льюиса - хлорида алюминия, взятом в количестве 20 мольных % [Capozzi G., Ottana R., Romeo G., Marcuzzi F. Synthesis of tertiary alkyl-substituted acetylenes by electrophilic addition to silylacetylenes. - GazzettaChimicaItaliana. - 1985. - Vol.115. - P.311-313.]:

Предложенный способ описан на единственном примере получения 1-алкиниладамантанов - ди(1-адамантил)ацетилене, что не позволяет судить о применимости его к другим случаям. Кроме того, выполнение реакции при пониженной температуре сопряжено с рядом экспериментальных трудностей.

Известен способ получения 1-(н-гексин-1-ил)адамантана с выходом 96%, заключающийся в реакции три(н-гекс-1-инил)алюминия, полученного в растворе гексана при 0°C из 1-гексина, н-бутиллития и хлорида алюминия, с с 1-бромадамантаном в среде дихлорметана при 0°C в течение 1 ч [Negishi E., Baba S. A convenient method for the tertiary alkyl-alkynyl coupling via organoalanes. - J. Am. Chem. Soc. - 1975. - Vol.10. - P.7385-7387]:

Реализация предложенного способа требует применения металлоорганических реагентов - раствора н-бутиллития и три(н-гексин-1-ил)алюминия, работа с которыми требует дополнительных мер по технике безопасности.

Известен способ получения 1-алкиниладамантанов, заключающийся в фотолизе бензольного раствора 1-йодадамантана и алкинилтрифлона в присутствии гексабутилдистаннана при нагревании до 35°C: [Xiang J., Fuchs P.L. Chemospecific alkynylation of organic iodides. - Tetrahedron Lett. - 1998. - Vol.39. - P.8597-8600.]:

R=Ph (выход 61% после 6 часов); R=(i-Pr) ₃Si (выход 82% после 20 ч).

Известен способ получения 1-(фенилэтинил)адамантана с выходом конечного продукта 60% и 1-(н-октин-1-ил)адамантана с выходом конечного продукта 40%, основанный на взаимодействии адамантана и соответствующего алкинилтрифлона в среде 1,2-дихлорэтана в течение 24 ч в присутствии азобмсизобутиронитрила или при фотохимической активации [Gong J., Fuchs P.L. Alkynylation of C-H bonds via reaction with acetylenic triflones. - J. Am. Chem. Soc. - 1996. - Vol.118. - P.4486-4487].

Недостаток этих способов получения алкиниладамантанов заключается в использовании труднодоступных алкинилтрифлонов.

Известен способ получения 1-алкиниладамантанов с выходом 25-68%, основанный на взаимодействии 1-йодадамантана с алкинилидами серебра (I) при нагревании в среде N-метилморфолина в течение 24-48 ч [Pouwer R.H., Williams C.M., Raine A.L., Harper J.B. «One-Step» alkynylation of adamantly iodide with silver(I) acetylides. - Org. Lett. - 2005. - Vol.7, № 7. - P.1323-1325.]:

R=Ph (68%), p-Tol (27%), р-(n-Pent)-С ₆Н₄ (57%), о-Cl-С₆Н₄ (62%), р-(МеО)-С₆Н₄ (51%), n-Bu (29%), t-Bu (42), cyclohexenyl (25%), (1-Pr)₃Si (25%).

Существенным недостатком предложенного способа является использование дорогостоящих ацетиленидов серебра, которые, кроме того, являются взрывоопасными соединениями.

Известен способ получения 1-(фенилэтинил)адамантана с выходом конечного продукта 42% из транс-2-(1-адамантил)-1-бромфенилэтена, кипячением в пиридине с пятикратным избытком гидроксида калия в течение 2 ч [Elbel S., Lienert К., Krebs A., Dieck H. Phenylethin - Mustersonde fur Substituenteneffekte. - Liebigs Ann. Chem. - 1981. - № 10. - P.1785-1797]:

Достаточно жесткие условия реакции элиминирования накладывают ряд ограничений на возможность присутствия функциональных групп в алкинильном фрагменте.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является получение 1-(фенилэтинил)адамантана с выходом конечного продукта 80%, заключающийся во взаимодействии производного адамантана, в качестве которого взхят 1-хлорадамантан, с ацетиленовым соединением, в качестве которого использовали триметилсилилфенилацетилен в присутствии кислоты Льюиса - хлорида цинка, предварительно перекристаллизованого из 1,4-диоксана, при перемешивании в течение 48 часов при комнатной температуре в среде дихлорметана [Sasaki Т., Usuki A. Synthesis of adamantine derivatives. Substitution reaction of 1-adamantyl chloride with some trimethylsilylated unsaturated compounds. - 1980 - Vol.45. - P.3559-3564.]:

К недостаткам способа относятся его трудоемкость и длительность, обусловленные предварительной перекристаллизацией хлорида цинка из 1,4-диоксана. Кроме того, способ реализован только на одном конкретном примере - получении 1-(фенилэтинил)адамантана.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка способа получения ряда 1-алкиниладамантанов, из коммерчески доступных исходных соединений с хорошим выходом целевого продукта.

Технический результат достигается (использованием в качестве исходных соединений производного адамантана, в качестве которого использовался 1-адамантанол и ацетиленовых соединений - 1-алкинов или 1-триметилсилилалкинов. 1-Алкиниладамантаны образуются при взаимодействии эквимольных количеств исходных соединений в среде 1,2-дихлорэтана, нагревая при температуре кипения растворителя в присутствии катализатора - кислоты Льюиса, - 5 мольных % трифлата галлия, в соответствии со схемой:

R'=Н; R=Ph (1a), 4-С1-C₆ H₄ (1b), 4-Br-C₆H₄ (1с), 4-NO ₂-C₆H₄ (1d), 3-NO₂C ₆H₄ (е), 2,4-Cl₂C₆H ₃ (1f), n-Bu (1g), n-Oc (1h).

R'=Me ₃Si; R=Ph (1a), Me (1i).

Ход реакции контролируют хроматографически, время нагревания определяется полным расходованием исходных реагентов.

После нагревания реакционную массу обрабатывают раствором соляной кислоты, отделяют органическую фазу и удаляют растворитель. Очистку продукта осуществляют колоночной хроматографией и дальнейшей перекристаллизацией из гексана или возгонкой в вакууме.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе в качестве катализатора используется коммерчески доступный трифлата галлия в количестве 5 мольных %.

Использование в качестве исходного соединения 1-триметилсилилалкинов обусловлено возможностью получения 1-алкиниладамантанов, синтез которых затруднителен при использовании в качестве исходного соединения соответствующего 1-алкина, как, например, в случае 1-триметилсилилпропина (пропин газ при нормальных условиях, что осложняет протекание реакции).

Таблица
Выходы 1-алкиниладамантанов
№	АЦЕТИЛЕНОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ	ПРОДУКТ (время реакции, мин)	ВЫХОД ПРОДУКТА, %
1			85
2			68
3			58
4			84
5			93

6			76
7			64
8			50
9			73
10			37

Пример получения 1-(фенилэтинил)адамантана Ia.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 0,67 г (0,00657 моль) фенилацетилена в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 4 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель, остаток возгоняют в вакууме. Выход 1,32 г (85%). Т. пл. 86°C. ИК-спектр ( , см^-1, KBr): 3097, 3078, 3059, 3032, 3018 (C _sp2-H), 2924, 2900, 2848 (C_sp3-H), 2218 (C C), 1595, 1492 (C_sp2-C_sp2). Спектр ЯМР ¹Н, , м.д. 400 МГц, CDCl₃): 1.72 (м, 6Н, CH ₂), 1.96 (м, 6Н, CH₂), 1.99 (м, 3H, CH), 7.23-7.28 (3H), 7.36-7.40 (2H). Спектр ЯМР ¹³С , м.д. (100 МГц, CDCl₃): 28.14 (CH), 30.15 (C), 36.50 (CH₂), 42.98 (CH₂), 79.44 (C sp-Csp²), 98.49 (Csp-Csp³), 124.21 (C), 127.42 (CH), 128.17 (CH), 131.71 (CCH). Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 236 (100, M⁺), 193 (14), 179 (64), 165 (16), 142 (17), 115 (23).

Пример получения 1-(4-хлорфенилэтинил)адамантана Ib.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 0,9 г (0,00657 моль) 4-хлорфенилацетилена в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 4 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель, остаток возгоняют в вакууме. Выход 1,21 г (68%). Т. пл. 89°C. ИК-спектр ( , см^-1, KBr): 2929, 2908, 2850 (C_sp3 -H), 2220 (C C), 1490 (C_sp2-C_sp2). Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 270 (100, M⁺), 213 (40), 178 (34), 165 (13), 152 (9).

Пример получения 1-(4-бромфенилэтинил)адамантана Ic.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 1,19 г (0,00657 моль) 4-бромфенилацетилена в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 40 мин. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 M соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель, остаток возгоняют в вакууме. Выход 1,2 г (58%). Т. пл. 128°C. ИК-спектр ( , см^-1, KBr): 3057 (C_sp2-H), 2929, 2906, 2848 (C_sp3-Н), 2218 (C C), 1485 (C_sp2-C_sp2). Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 316 (100, M⁺), 257 (34), 220 (15), 192 (18), 178 (85), 165 (30), 152 (23).

Пример получения 1-(4-нитрофенилэтинил)адамантана Id.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 0,97 г (0,00657 моль) 4-нитрофенилацетилена в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 5 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель, остаток возгоняют в вакууме. Выход 1,55 г (84%). Т. пл. 121°C. ИК-спектр ( , см^-1, KBr): 2922, 2908, 2891, 2852 (C _sp3-H), 2220 (C C), 1593, 1489 (C_sp2-C_sp2), 1517, 1342 (C_sp2-NO₂). Спектр ЯМР ¹ Н, , м.д. (400 МГц, CDCl₃): 1.72 (м) 6H, 1.95-2.00 (м) 9H, 7.47-7.50 (м) 2H, 8.11-8.14 (м) 2H. Спектр ЯМР ¹³ С , м.д. (100 МГц, CDCl₃): 27.91 (CH), 30.40 (C), 36.32 (CH₂), 42.52 (CH₂), 78.31 (C sp-Csp²), 104.44 (Csp-Csp³), 123.48, 131.40, 132.37, 146.51. Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 281 (100, M⁺), 251 (52), 224 (30), 194 (21), 178 (26), 165 (19), 152 (14).

Пример получения 1-(3-нитрофенилэтинил)адамантана Ie.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 0,97 г (0,00657 моль) 3-нитрофенилацетилена в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 4 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель, остаток возгоняют в вакууме. Выход 1,72 г (93%). Т. пл. 90-91°C. ИК-спектр ( , см^-1, KBr): 2908, 2848 (C_sp3-H), 2227 (C C), 1450 (C_sp2-C_sp2), 1527, 1350 (C_sp2-NO₂). Спектр ЯМР ¹³H, , м.д. (400 МГц, CDCl₃): 1.72 (м) 6H, 1.95-2.00 (м) 9H, 7.41-7.45 (м) 1H, 7.65-7.67 (м) 1H, 8.07-8.09 (м) 1Н, 8.81 (м) 1H. Спектр ЯМР ¹³C , м.д. (100 МГц, CDCl₃): 27.95 (CH), 30.22 (C), 36.36 (CH₂), 42.62 (CH₂), 77.49 (C sp-Csp²), 101.30 (Csp-Csp³), 122.18, 126.08, 126.55, 129.12, 137.45, 148.07. Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 281 (100, М⁺), 251 (24), 224 (34), 194 (9), 178 (28), 165 (18), 152 (15).

Пример получения 1-(2,4-дихлорфенилэтинил)адамантана If.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 1,12 г (0,00657 моль) 2,4-дихлорфенилацетилена в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, при температуре кипения растворителя в течение 3 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель, остаток возгоняют в вакууме. Выход 1,52 г (76%). Т. пл. 64°C. ИК-спектр ( , см^-1, KBr): 2904, 2891, 2848 (C_sp3 -H), 2225 (C C), 1579, 1473 (C_sp2-C_sp2). Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 304 (100, M⁺), 247 (34), 212 (30), 178 (15), 165 (14).

Пример получения 1-(гексин-1-ил)адамантана Ig.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 0,54 г (0,00657 моль) гексина-1 в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 1,5 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель. Продукт представляет собой бесцветное масло. Выход 0,91 г (64%). ИК-спектр ( , см^-1, тонкая пленка): 2910, 2846 (C_sp3 -H), 1450 (C_sp3-H, ). Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 216 (17, M⁺ ), 174 (24), 159 (22), 145 (16), 135 (100), 117 (48).

Пример получения 1-(децин-1-ил)адамантана Ih.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 0,91 г (0,00657 моль) децина-1 в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 1 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель. Получают 0,89 г (выход 50%) 1-(децин-1-ил)адамантана в виде бесцветного масла.

ИК-спектр ( , см^-1, тонкая пленка): 2924, 2850 (C_sp3 -H), 1452 (C_sp3-H, 5). Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 272 (2, M⁺), 215 (8), 201 (8), 175 (9), 135 (100).

Пример получения 1-(фенилэтинил)адамантана Ia.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 1,15 г (0,00657 моль) 1-триметилсилилфенилацетилена в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 0,5 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель, остаток возгоняют в вакууме. Выход 1,13 г (73%).

Спектральные характеристики полученного образца идентичны приведенным в примере 1.

Пример получения 1-(пропин-1-ил)адамантана Ii.

В колбу, снабженную обратным холодильником, помещают 5 мл 1,2-дихлорэтана, 0,17 г (0,00033 моль) трифлата галлия, приливают раствор 1 г (0,00657 моль) 1-адамантанола и 0,73 г (0,00657 моль) 1-триметилсилилпропина в 15 мл 1,2-дихлорэтана. Реакционную массу нагревают, перемешивая при температуре кипения растворителя в течение 3 ч. Реакционную массу выливают в делительную воронку, содержащую 20 мл 2 М соляной кислоты, органический слой отделяют, водный экстрагируют тремя порциями хлороформа по 10 мл. Объединенные органические фазы упаривают на ротационном испарителе, остаток хроматографируют на колонке с силикагелем, проводя элюирование гексаном. Из полученного элюата удаляют растворитель, остаток возгоняют в вакууме. Выход 0,42 г (37%). Т.пл. 96°C. ИК-спектр ( , см^-1, KBr): 2916, 2902, 2848 (C_sp3 -H). Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (I): 174 (94, M⁺ ), 159 (24), 145 (14), 131 (35), 117 (100).

Таким образом, взаимодействие 1-адамантанола с 1-алкинами или 1-триметилсилилалкинами в присутствии 5 мольных % трифлата галлия в среде 1,2-дихлорэтана обеспечивает получение целевых 1-алкиниладамантанов с хорошим выходом, при этом применяют коммерчески доступные реагенты. Заявляемый способ является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применим, т.е. удовлетворяет условиям патентоспособности изобретения.