Дегидрирование призводных циклогексан-1,2-дикарбоновых кислот Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

_ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ_

Т 56 (8) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2013

УДК 547.461; 547.462.1

Т.А. Бобова*, Е.С. Кулешова*, А.А. Шетнев**, А.В. Колобов*, Г.Г. Красовская*, В.В. Плахтинский*

ДЕГИДРИРОВАНИЕ ПРИЗВОДНЫХ ЦИКЛОГЕКСАН-1,2-ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

(*Ярославский государственный технический университет, **Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского)

e-mail: [email protected]

Исследована реакция дегидрирования производных циклогексан-1,2-дикарбоновых кислот под действием брома. В зависимости от условий реакции были получены производные фталевых либо 1-циклогексен-1,2-дикарбоновых кислот.

Ключевые слова: дегидрирование, производные, циклогексан-1,2-дикарбоновые кислоты, 1-циклогексен-1,2-дикарбоновые кислоты, фталевые кислоты

Вицинальные дикарбоновые кислоты и их ангидриды, ввиду своей доступности и наличия комплекса полезных свойств, находят широкое применение в полимерной химии, производстве лекарственных препаратов, пигментов, жидких кристаллов, синтезе фталоцианинов, металлоком-плексов и других материалов [1].

Представляло интерес изучить реакции дегидрирования производных циклогексан-1,2-дикар-боновых кислот. При этом возможно 1,2-дегидри-рование с образованием производных 1-цикло-гексен-1,2-дикарбоновых кислот либо полное дегидрирование (ароматизация) с образованием производных фталевых кислот.

Методы 1,2-дегидрирования, известные из литературы, сложны и требуют труднодоступных реагентов. Так, 1,2-дегидрирование диметилцик-ло-2-гексан-1,2-дикарбоната проводили циклогек-силизопропиламидом лития в растворе тетрагид-рофурана при -78 °С с последующим добавлением йода, выход продукта составил 56 % [2]. Авторы работы [3] получили ангидрид 1-циклогексен-1,2-дикарбоновой кислоты c выходом 84 % из соответствующего производного циклогексана действием Ме38Ю802СБ3 и Et3N в абсолютном эфире с последующей обработкой Br2 в дихлорметане в присутствии Bu4NBr.

В настоящей работе исследована реакция 1,2-дегидрирования производных циклогексан-1,2-дикарбоновых кислот 1а-г бромом в присутствии катализатора (Kat) - третичного амида, согласно следующей схеме:

X = O, R = R' = H (a);

X = O, R = Me, R' = H (б);

X = NH, R = Me, R' = H (в);

X = O, R = Ph, R' = H (г);

X = O, R = Ph, R' = Me (д)

Схема Scheme

Реакцию проводили при перемешивании и нагревании до 120-170 °С в течение 3-5 ч при соотношении реагентов I:Br2:Kat = 1:1,05-1,10:0,050,10, моль. По окончании реакции продукты 11а-д выделяли перегонкой при пониженном давлении либо перекристаллизацией.

При использовании ДМФА в качестве катализатора в реакционной массе наблюдалось образование ^-метилимидов соответствующих ди-карбоновых кислот в количестве 3-7 %, а также продуктов 1,2,3,4,5,6-дегидрирования (ароматизации) - производных фталевых кислот (7-10 %).

Селективно реакция протекала в присутствии А^-метил-2-пирролидона (N-МП). Условия проведения процесса и результаты синтеза представлены в таблице. Выходы продуктов 11а-д составили 70-87 %.

Таблица

Дегидрирование производных циклогексан-1,2-ди-

карбоновых кислот Table. Dehydrogenation of cyclohexane-1,2-dicarboxylic acids derivatives

Реакция 1,2-дегидрирования протекала, по-видимому, через присоединение Бг2 к еноль-ной форме карбонилсодержащего субстрата I, отщепления НБг с образованием производного 1-бромциклогексан-1,2-дикарбоновой кислоты и последующим термическим дегидробромировани-ем. 2-Циклогексеновый изомер, даже если он образовывался [4], переходил в условиях процесса в 1-изомер ввиду большей термодинамической устойчивости последнего [5, 6].

Стоит отметить, что попытка подвергнуть 2,3-дегидрированию производное норборнанового ряда - ангидрид бицикло[2.2.1]гептан-2,3-дикар-боновой кислоты закончилась неудачей. Это можно объяснить препятствием, создаваемым метиле-новым мостиком, присоединению брома на первой стадии.

Ароматизацию производных !а-г проводили при использовании трех и более эквивалентов брома в аналогичных вышеописанным условиях с использованием А-МП в качестве катализатора (таблица). Выходы производных фталевых кислот Ша-г составили 70-84 %.

В данном случае, видимо, происходило образование производных 1-циклогексен-1,2-ди-карбоновой кислоты (Па-г), присоединение Бг2 по двойной связи и дидегидробромирование. Ароматизация легко протекала также при нагревании ангидрида 3,4-дибромциклогексан-1,2-дикарбоно-вой кислоты с каталитическим количеством А -МП в аналогичных условиях.

В результате были разработаны методы дегидрирования ангидридов и имидов циклогек-сан-1,2-дикарбоновых кислот бромом в присутствии А -метил-2-пирролидона, синтезированы соответствующие производные 1-циклогексен-1,2-ди-карбоновых либо фталевых кислот.

ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Ангидриды !г, Iд синтезировали по методике [7], имид Iв - по методике [8]. Остальные реактивы - коммерческие («Acros»).

Спектры ЯМР 1Н растворов образцов в ДМСО-Б6 и CDCl3 записывали на спектрометре «Bruker MSL-300». ИК спектры записывали на ИК-Фурье RX1». Масс-спектры - на хроматомасс-спектрометре «Clarus-500» с газовым хроматографом («Perkin Elmer»).

Ангидрид 1-циклогексен-1,2-дикарбоно-вой кислоты (На). В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капилляром для ввода азота и термометром, загружали 15,40 г (0,100 моль) ангидрида 1-циклогексен-1,2-дикар-боновой кислоты (!а) и 0,48 мл (0,50 г, 0,005 моль) Л-МП. Нагревали смесь в токе азота до 120 °С и по каплям приливали 17,60 г (0,11 моль) Br2. Реакционную массу нагревали до 155 °С и выдерживали при перемешивании в течение 3 ч. Реакционную массу затем подвергали перегонке при пониженном давлении (водоструйный насос) в токе азота. Получили 12,16 г (80 % от теории) ангидрида На - белая масса с т. пл. 70-71 °С (лит. 72 °С [3]). Найдено, %: С 63,01; Н 5,31. ОДА. Вычислено, %: С 63,16; Н 5,26. ИКС, см-1 1847, 1756 (C=O). ЯМР :Н (400 МГц, ДМСО), м.д.: 2.35 (4H, d, J = 2,2 Гц), 1.76 (4H, d, J = 2,2 Гц). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (ТоТн (%)): 152 (25) [M+]; 153 (1,9) 108 (71), 80 (48) 79 (100), 63 (4), 52 (33) [M++1].

Производные Нб-г получали аналогично, условия приведены в таблице. По окончании процесса продукты реакции (На, Нб) перегоняли при пониженном давлении, а продукты (Нв-г) кристаллизовали из подходящего растворителя.

Ангидрид 4-метил-1-циклогексен-1,2-ди-карбоновой кислоты (Нб): масло. (лит. масло [9]). Найдено, %: С 65,51; Н 5,81. С9НЮО3. Вычислено, %: С 65,06; Н 6,02. ИКС, см-1: 1846, 1773(C=O). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (Тотн (%)): 165 (87), 150 (20), 122 (43), 106 (22), 94 (24), 85 (25), 79 (56), 65(16), 52 (30) [M+].

Имид 4-метил-1-циклогексен-1,2-дикар-боновой кислоты (Нв): т. пл. 168-170 °С (АсОН). Найдено, %: С 65,92; Н 6,24. С9Н„Ш2. Вычислено, %: С 65,45; Н 6,67; N 8,48. ИКС, см-1: 3219 (N-H), 1765, 1708 (C=O). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (1отн (%)):165 (87), 150 (20), 124 (100), 122 (43), 107 (20), 93 (17), 79 (30), 52 (76) [M+].

Ангидрид 4-фенил-1-циклогексен-1,2-ди-карбоновой кислоты (Нг): т. пл. 164-167 °С (PhMe-CHCb). Найдено, %: С 73,94; Н 4,99. С14Н12О3. Вычислено, %: С 73,68; Н 5,26. ИКС, см-1: 1699 (C=O). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (I^ (%)): 228 [M+].

Субстрат X / R / R' Br2, моль Т, °С t, ч Продукт Выход, %

Та O/H/H 0,110 120-155 3 11а 80

Та O/H/H 0,330 120-155 5 Ша 73

1б О/Me/H 0,110 100-145 3 11б 87

1б О/Me/H 0,330 100-145 8 Шб 84

1в NWMe/H 0,110 120-155 3 Пв 74

1в NWMe/H 0,330 120-155 5 Шв 82

1г O/Ph/H 0,110 120-170 3,5 11г 73

1г O/Ph/H 0,330 120-170 5 Шг 70

1д O/Ph/Me 0,110 120-170 5 Ид 73

Примечание: Загрузка: I - 0,100 моль, Л-метил-2-пирролидон - 0,005 моль, Br2

Note: Load: I - 0.100 mole, W-methyl-2-pyrrolidone - 0.005 моль, Br2

Ангидрид 4-метил-4-фенил-1-циклогек-сен-1,2-дикарбоновой кислоты (Нд): т. пл. 120-121°С (PhMe-CHCl3). Найдено, %: С 73,98; Н 6,86. С15Н16О3. Вычислено, %: С 73,77; Н 6,56. ИКС, см-1: 1846, 1772(C=O). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), miz (/отн (%)):242 (13), 243 (1) [M++1]; 214 (10), 118 (100), 103 (10), 77 (11), 51 (8) [M++1].

Фталевый ангидрид (Ша): т. пл. 129-130 °C (лит. 131 °C [10]). Найдено, %: С 64,67; Н 2,87. С8Н4О3. Вычислено, %: С 64,86; Н 2,70.

4-Метилфталевый ангидрид (Шб): т. пл. 89-91 °C (лит. 92 °C [10]). Найдено, %: С 66,51; Н 3,61. С9Н6О3. Вычислено, %: С 66,67; Н 3,70; N 8,64

4-Метилфталимид (Ив): т. пл. 194-196 (лит. 196 °C [10]). Найдено, %: С 66,86; Н 4,55. С9Н7NО2. Вычислено, %: С 67,08; Н 4,35

Ангидрид 3,4-бифенилдикарбоновой кислоты (Шг): т. пл. (лит. 140-141 °C [10]). Найдено, %: С 74,89; Н 3,79. СцНО Вычислено, %: С 75,00; Н 3,57.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колобов А. В. Вицинальные дикарбоновые кислоты: синтез, структура, свойства. Дис. ... д.х.н. Ярославль. ЯГХТУ. 2007. 281 с.;

Kolobov A.V. Vicinal dicarboxylic acids: synthesis, structure, properties. Dissertation for doctor degree on chemical sciences. Yaroslavl. YASTU. 2007. 281 р. (in Russian).

2. Wheeler T.R., Craig T.A., Morland R.B., Ray J.A. // Synthesis. 1987. N 10. P. 883-887.

3. Kates M.J., Schauble J.H. // J. Org. Chem. 1995. V. 60. N 21. P. 6676-6677.

4. Wilkening D., Mundy B.F. // Synt. Commun. 1984. V. 14. N 3. P. 227-238.

5. Bailey M.E., Amstutz E.D. // J. Am. Chem. Soc. 1956. V. 78. N 15. P. 3828-3830.

6. Li S., Fang X., Wang Z., Yang Y., Li Y. // Synth. Commun. 1993. V. 23. N 14. P. 2051-2054.

7. Шетнев А.А., Кулешова Е.С., Колобов А.В., Бобова Т.А., Овчинников К.Л., Плахтинский В.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. Вып. 11. C. 44-46; Shetnev A.A., Kuleshova E.S., Kolobov A.V., Bobova T.A., Ovchinnikov K.L., Plakhtinskiy V.V. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 11. P. 44-46 (in Russian).

8. Шарунов B.C., Филимонов С.И., Маковкина О.В., Абрамов И.Г., Плахтинский В.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2010. Т. 53. Вып. 4. C. 94-95; Sharunov V.S., Filimonov S.I., Makovkina O.V., Abramov I.G., Plakhtinskiy V.V. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2010. V. 53. N 4. P. 94-95 (in Russian).

9. Wicks Z.W., Daly O.W., Lack H. // J. Org. Chem. 1947. V. 12. N 5. P. 713-717.

10. Словарь органических соединений. / Под. ред. Хейльб-рона И., Бэнбери Г.М. М.: Иностр. лит-ра. Т. I-III. 1949; с. 1072

Dictionary of organic compounds. / Ed. Heilbron I., Bunbury H.M. London. 1946. (in Russian).

Кафедра органической химии

УДК 547.239.2

С.В. Байков, Г.Г. Красовская, А.А. Баканова, Е.Р. Кофанов ОКИСЛЕНИЕ 5-АЛКИЛ- И 5-ЦИКЛОАЛКИЛ-3-ФЕНИЛ-1,2,4-ОКСАДИАЗОЛОВ

(Ярославский государственный технический университет) e-mail: [email protected]

Рассмотрено окисление 5-алкил-3-фенил-1,2,4-оксадиазолов и 5-циклоалкил-3-фенил-1,2,4-оксадиазолов. Алициклические и алифатические группы линейного строения устойчивы в реакциях окисления. Продукты окисления 5-изопропил-3-фенил-1,2,4-оксадиазола зависят от реагентов и условий.

Ключевые слова: 1,2,4-оксадиазол, окисление

В последние годы 1,2,4-оксадиазолы стали активно применяться в медицинской химии как биоизостеры амидов и эфиров, пиптидомиметики, защитные группы в синтезе амидинов. Известно, что многие физиологически активные молекулы содержат в своей структуре 1,2,4-оксадиазольный

цикл [1-2].

Ранее мы изучили окисление 3-арил-5-метил-1,2,4-оксадиазолов [3]. Было установлено, что метильная группа в 5-положении 1,2,4-окса-диазольного цикла крайне устойчива к действию окисляющих агентов и взаимодействует только с