CC BY
53
УДК 547.484
Р. Н. Шахмаев (к.х.н., доц.), А. Ш. Сунагатуллина (асп.), Е. А. Филиппова (студ.), В. В. Зорин ( д.х.н., проф., зав. каф., чл.-корр. АН РБ)
Алкилирование ацетоуксусного эфира индивидуальными изомерами 1,3-дихлорпропена в условиях межфазного катализа
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; e-mail: biochem@rusoil.net
R. N. Shakhmaev, A. Sh. Sunagatullina, E. A. Filippova, V. V. Zorin
Alkylation of ethyl 3-oxobutanoate by individual isomers of 1,3-dichloropropene in phase-transfer catalysis conditions
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062 Ufa, Russia; e-mail: biochem@rusoil.net
С целью получения новых перспективных ви-нилхлоридов для применения в различных реакциях кросс-сочетания (реакции Кумады, Стилле, Негиши, Соногаширы, Сузуки, Хека) исследована возможность алкилирования ацетоуксусного эфира индивидуальными изомерами 1,3-дихлорпропена. Установлено, что при взаимодействии (Е)- и ^)-1,3-дихлорпропенов с ацетоуксусным эфиром в условиях межфазного катализа в присутствии К2СО3 образуются соответствующие стереохимически чистые Е и 2-изо-меры этил-2-ацетил-5-хлорпент-4-еноата и этил-2-ацетил-5-хлор-2-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)пент-4-еноата.
Ключевые слова: ацетоуксусный эфир; 1,3-дихлорпропен; винилхлориды; этил-2-ацетил-5-хлорпент-4-еноат; этил-2-ацетил-5-хлор-2-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)пент-4-еноат.
Одним из наиболее эффективных методов создания углерод-углеродной связи являются различные реакции кросс-сочетания на основе винилгалогенидов, протекающие с сохранением конфигурации двойной связи (реакции Негиши, Соногаширы, Сузуки, Стилле, Хека) 1-5. Обычно в качестве реагентов используются малодоступные и дорогостоящие винилиодиды и винилбромиды 6-8, тогда как использование винилхлоридов в реакциях кросс-сочетания ограничено в основном из-за отсутствия надежных методов их синтеза с приемлемой изомерной чистотой. Ранее нами сообщалось о получении хлорвинильных производных малонового эфира, используемых в синтезе биологически активных веществ 9. В продолжение этой работы мы исследовали возможность получения новых перспективных винилхлоридов
Дата поступления 27.12.12
For the purpose of reception of new perspective vinylchlorides for various cross-coupling reactions (reactions of Negishi, Sonogashira, Suzuki, Stille, Heck) the possibility of alkylation of ethyl 3-oxobutanoate with the individual isomers of 1,3-dichloropropene was investigated. The interaction of (E)- and (Z)-1,3-dichloropropene with ethyl 3-oxobutanoate in phase-transfer catalysis conditions in the presence of K2CO3 afforded the corresponding stereochemically pure isomers of ethyl 2-acetyl-5-chloropent-4-enoate and ethyl 2-acetyl-5-chloro-2-[3-chloroprop-2-en-1-yl]pent-4-enoate.
Key words: 1,3-dichloropropene; ethyl 3-oxobu-tanoate; ethyl 2-acetyl-5-chloropent-4-enoate; ethyl 2-acetyl-5-chloro-2-[3-chloroprop-2-en-1-yl]pent-4-enoate; vinylchlorides.
на основе алкилирования ацетоуксусного эфира индивидуальными изомерами 1,3-дихлорпропена.
Цис- и транс-изомеры 1,3-дихлорпропена, являющиеся крупнотоннажным отходом процесса хлорирования пропилена, имеют большую разницу в температурах кипения и эффективно разделяются ректификацией 10. Индивидуальные стереоизомеры 1,3-дихлорпро-пена обладают высокой реакционной способностью и легко образуют углерод-углеродные связи с сильными CH-кислотами по аллильно-му положению.
Установлено, что при взаимодействии эк-вимолярных количеств (Е)- или ^)-1,3-ди-хлорпропенов (1 и 2 ) с ацетоуксусным эфиром 3 в условиях межфазного катализа в присутствии К2СО3 преимущественно образуются монозамещенные (E)- или ^)-изомеры этил-2-ацетил-5-хлорпент-4-еноата (4 и 5) с выходами
61 и 72 % соответственно и дизамещенные производные (6 и 7). Введение в реакцию двойного избытка изомеров 1,3-дихлорпропена и К2СО3 приводит исключительно к дизамещен-ным продуктам — этил-(4Е)-2-ацетил-5-хлор-2-[(2Е)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]пент-4-еноату (6) и этил-(4Z)-2-ацетил-5-хлор-2-[(2Z)-3-хлор-проп-2-ен-1-ил]пент-4-еноату (7) с выходами 83 и 88 %. Реакция алкилирования протекает стереоселективно без изомеризации двойной связи.
о о
Cl Cl Cl
(Е)-4 или (Z)-S (Е)-6 или (ТуЛ
Структура, стереохимическая индивидуальность и конфигурация заместителей ви-нильной группировки полученных соединений была подтверждена ГЖХ-анализом, данными ИК-, ЯМР-спектроскопии и масс-спектромет-рии. Характерной особенностью монозамещен-ных продуктов 4, 5 является наличие в спектрах ЯМР и 13С сигналов метиновой группы в области 3.5 и 58 м.д. соответственно, а диза-мещеных соединений 6, 7 — присутствие сигнала четвертичного атома углерода при 8 62 м.д. Надежным доказательством пространственной конфигурации заместителей при двойной связи служит КССВ винильных атомов водорода, равная 13.2-13.4 и 7.1-7.2 Гц у (£)- (4, 6) и ^)-соединений (5, 7) соответственно. Кроме того, в спектре ЯМР 13С транс-кетоэфиров 4, 6 аллильным С-атомам соответствуют сигналы при 8 29-33 м.д., тогда как в спектре их цис-аналогов 5, 7 они смещены на 3-4 м.д. в более сильное поле. Отношение интенсивностей молекулярных ионов 163 и 161[М-СИ3СО]+ моноза-мещенных продуктов 4, 5, а также 205 и 203 [М-СИ2СИ=СИС1]+ дизамещенных соединений 6, 7 соответствует распространению изотопов 37С1 и 35С1 в природе, что однозначно указывает на наличие в них атомов хлора. Интересно отметить, что масс-спектр 6 существенно отличается от масс-спектра ^)-аналога 7 более высокой интенсивностью сигналов 205 и 203 [М-СИ2СИ=СИС1]+.
Экспериментальная часть
ИК спектры записаны в тонком слое на ИК Фурье-спектрофотометре IRPrestige-21 Shimadzu. Спектры ЯМР 1Н и 13С записаны в CDCl3 на приборе Bruker АМ-300 (рабочая частота 300 и 75.47 МГц соответственно), внутренний стандарт — ТМС. Хроматографи-ческий и масс-спектральный анализ проводили на хромато-масс-спектрометре GCMS-QP2010S Shimadzu (электронная ионизация при 70 эВ, диапазон детектируемых масс 33— 350 Да). Использовали капиллярную колонку HP-1MS (30 м х 0.25 мм х 0.25 мкм), температура испарителя 280 oC, температура ионизационной камеры 200 oC. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 50 до 280 oC со скоростью 10 °0/мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин).
Этил-(4E)-2-ацетил-5-хлорпент-4-еноат
(4). Суспензию 6.51 г (0.05 моль) ацетоуксус-ного эфира, 5.55 г (0.05 моль) (£)-1,3-дихлор-пропена 1, 8.29 г (0.06 моль) K2CO3, 0.26 г (1 ммоль) 18-краун-6 в 7 мл ацетонитрила перемешивали при кипении с обратным холодильником в течение 2 ч. Приливали 10 мл воды и 20 мл диэтилового эфира, органический слой отделяли, а водный экстрагировали эфиром (2х20 мл). Объединенные органические слои промывали водой, сушили MgSO4 и концентрировали. Остаток перегоняли в вакууме, т. кип. 112—113 °С при 3 мм рт. ст. Выход 6.22 г (61%). ИК спектр, v, см-1: 2984, 1739, 1715, 1634, 1433, 1360, 1265, 1246, 1213, 1152, 1022, 937. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 1.29 т (3Н, CH3CH2O, J 7 Гц), 2.25 с (3H, CH3C=O), 2.58 т (2Н, =CHCH2, J 7.4 Гц), 3.52 т (1Н, CHC=O, J 7.4 Гц), 4.22 к (2Н, CH^H^O, J 7 Гц), 5.84 д.т (1Н, =CHCH2, J^ 13.4, 7.4 Гц), 6.07 д (1Н, =CHCl, J^ 13.4 Гц). Спектр ЯМР 13С, 8С, м.д.: 13.96 (CH3CH2O), 29.00 (=CHOH2), 29.20 (CH3C=O), 58.60 (OHC=O), 61.56 (CH3CH2O), 119.91 (=CHCl), 129.28 (=CHCH2), 168.58 (OC=O), 201.58 (C=O). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 163(0.69) и 161(2.11) [M-CH3CO]+, 133(2), 99(3), 81(2), 53(5), 51(3), 44(3), 43(100) [CH3CO]+, 42 (3), 41 (4).
Этил-(4^2-ацетил-5-хлорпент-4-еноат
(5). Получен из ^)-1,3-дихлорпропена 2 и ацетоуксусного эфира аналогично кетоэфиру 4. Выход 7.34 г (72%). ИК спектр, v, см-1: 2984, 1735, 1719, 1630, 1430, 1363, 1330, 1211, 1120, 1076, 1048, 1024, 858, 735. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 1.28 т (3Н, СH3CH2O, J 7.1 Гц), 2.26 с (3H, CH3C=O), 2.76 т (2Н, =ШСН2, J
7.1 Гц), 3.56 т (1Н, CHC=O, J 7.1 Гц), 4.21 к (2Н, СН3СН2О, J 7.1 Гц), 5.77 к (1Н, =СНСН2, J^ 7.1 Гц), 6.12 д (1Н, =CHCl, J4HC 7.1 Гц). Спектр ЯМР 13С, 8С, м.д.: 13.91 (CH3CH2O), 25.35 (=СНСН2), 28.82 (CH3C=O), 58.06 (ÇHC=O), 61.48 (CH3CH2O), 120.55 (=CHCl), 127.32 (=CHCH2), 168.84 (OC=O), 201.95 (C=O). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 163(1.07) и 161(3.32) [M-CH3CO]+, 133(3), 115(2), 99(4), 95(2), 81(3), 53(6), 51(4), 44(4), 43(100) [CH3CO], 42 (3), 41 (4).
Этил-(4Е)-2-ацетил-5-хлор-2-[(2Е)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]пент-4-еноат (6). Суспензию 0.65 г (0.005 моль) ацетоуксусного эфира, 1.11 г (0.01 моль) (£)-1,3-дихлорпропена 1, 1.66 г (0.012 моль) K2CO3, 0.026 г (0.1 ммоль) 18-краун-6 в 1.5 мл ацетонитрила перемешивали при кипении с обратным холодильником в течение 2 ч. Приливали 5 мл воды и 10 мл ди-этилового эфира, органический слой отделяли, а водный экстрагировали эфиром (2x10 мл). Объединенные органические слои промывали водой, сушили MgSO4 и концентрировали. Продукт выделяли методом колоночной хроматографии. Выход 1.16 г (83%). ИК спектр, V, см-1: 2982, 1713, 1676, 1630, 1437, 1366, 1287, 1242, 1190, 1098, 1020, 937. Спектр ЯМР 1H, 8, м. д.: 1.28 т (3Н, Œ3CH2O, J 7.1 Гц), 2.15 с (3H, CH3C=O), 2.60 т (4Н, ^HO^, J
Литература
1. Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions. Ed. de Meijere A., Diederich F.- N.-Y.: Wiley-VCH, 2004.- 916 p.
2. Jeffery T. // Advances in Metal-Organic Chemistry.- 1996.- V.5.- P.153.
3. Tsuji J. Palladium Reagents and Catalysts: Innovations in Organic Chemistry.- Chichester: Wiley, 1995.- 549 p.
4. Шахмаев Р. H., Ишбаева А. У., Зорин В. В. // ЖОрХ. - 2012. - Т.48, вып. 7. - С. 913.
5. Сунагатуллина А. Ш., Шахмаев Р. Н., Зорин В. В. // ЖОХ.- 2012.- Т.82, вып.7.- С.1216.
6. Handbook of organopalladium chemistry for organic synthesis. Ed. Negishi E. - N.-Y.: Wiley interscience, 2002. - 3424 p.
7. Шахмаев Р. H., Ишбаева А. У., Сунагатуллина А. Ш., Зорин В. В. // ЖОХ.- 2011.- Т.81, вып. 81.- С.1578.
8. Chinchilla R., Najera C. // Chem. Rev.- 2007.-V.107.- P.874.
9. Сунагатуллина А. Ш., Шахмаев Р. Н., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.- 2012.- Т.19, №2.- С.5.
10. Тахаутдинова А. У., Миндиярова Э. Р., Шахмаев Р. Н., Зорин В. В. // ЖПХ.- 2011.Т. 84, №3.- C.513.
7.7 Гц), 4.24 к (2Н, CH^H^, J 7.1 Гц), 5.69 д.т (2Н, =CHCH2, J^ 13.2, 7.7 Гц), 6.04 д (2Н, =CHCl, J^ 13.2 Гц). Спектр ЯМР 13С, 8С, м.д.: 14.04 (CH3CH2O), 26.83 (CH3C=O), 33.33 (=CHÇH2), 61.81 (CH3CH2O), 62.50 (ÇC=O), 120.94 (=CHCl), 127.20 (=CHCH2), 170.61 (OC=O), 202.96 (C=O). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 205(6.50) и 203(18.27) [M-CH2CH=CHCl]+, 159(10), 157(30), 155(5), 133(6), 115(7), 111(6), 91(12), 77(7), 75(13), 65(7), 43 [CH3CO]+ (100).
Этил-(4^)-2-ацетил-5-хлор-2-[(2^)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]пент-4-еноат (7). Получали из ^)-1,3-дихлорпропена 2 и ацетоуксусного эфира аналогично кетоэфиру 6. Выход 1.23 г (88%). ИК спектр, V, см-1: 2982, 1713, 1630, 1443, 1356, 1300, 1279, 1233, 1192, 1161, 1086, 1026, 750, 719. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 1.28 т (3Н, Œ3CH2O, J 7.2 Гц), 2.18 с (3H, CH3C=O), 2.80-2.84 м (4Н, =CHСH2), 4.23 к (2Н, CH^H^, J 7.2 Гц), 5.65 к (2H, =CHCH2, Jmc 7.2 Гц), 6.16 д (2H, =CHCl, J^ 7.2 Гц). Спектр ЯМР 13С, 8С, м.д.: 13.88 (CH3CH2O), 26.37 (CH3C=O), 29.43 (=CHÇH2), 61.78 (CH3CH2O), 62.05 (ÇC=O), 121.52 (=CHCl), 125.29 (=CHCH2), 170.98 (OC=O), 203.36 (C=O). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 205(0.34) и 203(0.98) [M-CH2CH=CHCl]+, 159(1), 157(3), 115(2), 111(3), 91(11), 79(2), 77(5), 75(8), 65(7), 51(4), 44(3), 43 [CH3CO]+ (100), 41 (2).
Literature
1. Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions. Ed. de Meijere A., Diederich F.- N.-Y.: Wiley-VCH, 2004.- 916 p.
2. Jeffery T. // Advances in Metal-Organic Chemistry.- 1996.- V.5.- P.153.
3. Tsuji J. Palladium Reagents and Catalysts: Innovations in Organic Chemistry.- Chichester: Wiley, 1995.- 549 p.
4. Shakhmaev R. N., Ishbaeva A. U., Zorin V. V. // J. Organic Chem.- 2012.- V.48, №7.- S. 913.
5. Sunagatullina A. Sh., Shakhmaev R. N., Zorin V. V. // J. General Chem.- 2012.- V.82, №7.-S.1216.
6. Handbook of organopalladium chemistry for organic synthesis. Ed. Negishi E.- N.-Y.: Wiley interscience, 2002.- 3424 p.
7. Shakhmaev R. N., Ishbaeva A. U., Sunagatullina A. Sh., Zorin V. V. // J. General Chem.-2011.- V.81, №81.- S.1578.
8. Chinchilla R., Najera C. // Chem. Rev.- 2007.-V.107.- P.874.
9. Sunagatullina A. Sh., Shakhmaev R. N., Zorin V. V. // Baskirskii khimicheskii zhurnal.- 2012.-V.19, №2.- S.5.
10. Takhautdinova A. U., Mindijarova Je. R., Shakhmaev R. N., Zorin V. V. // J. Applied Chem.- 2011.- V.84, №3.- S.513.
