CC BY
20
УДК 547.512
Е. В. Сухоносова (асс.)1, С. С. Злотский (д.х.н., проф., чл.-корр. АН РБ, зав. каф.)2,
Р. Р. Чанышев (д.т.н., с.н.с.) 2
ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ХЛОР- И ОКСИМЕТИЛ-ГЕМ-ДИХЛОРЦИКЛОПРОПАНОВ
И 1,3-ДИОКСАЦИКЛАНОВ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ РЕАКТИВОВ, РЕАГЕНТОВ, МАЛОТОННАЖНЫХ
ПРОДУКТОВ
1 ФГБОУ ВО Тольяттинский государственный университет, кафедра химии, химических процессов и технологии 445667, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14; e-mail: sukhonosova@mail.ru 2 ФГБОУ ВО Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра общей, аналитической и неорганической химии 450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, тел. 8(347)2420854, e-mail: nocturne@mail.ru
E. V. Sukhonosova S. S. Zlotsky 2, R. R. Chanyshev 2
FUNCTIONALIZATION AND TRANSFORMATION OF CHLORO- AND HYDROXYMETHYL- GEM-DICHLOROCYCLOPROPANES AND 1.3-DIOXACYCLANES FOR OBTAINING OF NEW REAGENTS AND SMALL-TONNAGE PRODUCTS
1 Togliatti State University 14, Belorusskaya Str., 445667, Togliatti, Russia; e-mail: sukhonosova@mail.ru 2 Ufa State Petroleum Technological University 1 Kosmonavtov Str., 450062 Ufa, Russia; e-mail: nocturne@mail.ru
Рассмотрено получение хлор- и оксиметил-гел-дихлорциклопропанов и 1,3-диоксацикланов из дешевого и доступного нефтехимического сырья — замещенных олефинов, полиолов, карбонильных соединений и др. Систематизированы реакции О-, Ы- и С-алкилирования хлорме-тилпроизводными карбо- и гетероциклов. Приведены примеры получения оксиметил-1,3-диоксациклоалканов и гем-дихлорциклопропа-нов и их использования в органическом синтезе.
Ключевые слова: О-алкилирование; аллило-вые спирты; альдегиды; карбены; кетоны; первичные и вторичные амины; полифункциональные циклоалканы; триолы; хлорметил-гел-дихлорциклопропаны; хлоролефины.
Работа выполнена в рамках конкурса РФФИ «Научные проекты, выполняемые молодыми учеными под руководством кандидатов и докторов наук в научных организациях РФ в 2016 году», мол_нр, №16-33-50155.
Дата поступления 18.10.16
It was considered of obtaining of chloro- and oxy-methyl-^em-dichlorocyclopropanes and 1,3-di-oxacyclanes from cheap and available petrochemical raw materials — substituted olefins, polyols, and other carbonyl compounds and other. O, N- and S-alkylation reactions with chloro-methyl derivatives of carbo- and heterocyclic compounds were systematized. Examples of obtaining of hydroxymethyl-1,3-dioxacycloal-kanes and ^em-dichlorocyclopropanes and their use in organic synthesis were presented.
Key words: aldehydes; O-alkylation; allyl alcohols; carbenes; chloromethyl-^em-dichloro-cyclopropanes; chloroolefins; ketones; polyfun-ctional cycloalkanes; primary and secondary amines; triols.
The work was carried out within the framework of the RFBR competition «Scientific projects carried out by young scientists under the guidance of candidates and doctors of sciences in scientific organizations of the Russian Federation in 2016», Mol_nr, No. 16-33-50155.
Из дешевых и доступных замещенных олефинов, диенов, а-окисей, гликолей, карбонильных соединений и др. могут быть легко получены хлор- и оксиметил-гел-дихлорцик-лопропаны и 1,3-диоксацикланы 4'2.
В этой связи краткая систематизация и обобщение реакций этих соединений важна в плане прогнозирования и разработки новых путей получения малотоннажных продуктов, реагентов и реактивов.
Хлорметил-гел-дихлорциклопропаны 3 могут быть легко получены реакцией [2+1]-присоединения карбенов :СС12 по кратным связям распространенных хлоролефинов — хлористого аллила, металлилхлорида, дихлор-пропенов, 1,4-дихлорбутенов-2 и др.
Было показано, что хлорметил-гел-дих-лорциклопропаны в зависимости от условий могут реагировать как по эндо-, так и по экзо-циклическим атомам хлора 4-6. Более того, в ряде случаев реакция сопровождается экзо-циклическим дегидрохлорированием, и в продуктах присутствуют соответствующие метиле-новые производные 7'8.
ROCH, C1 ROCH, OR
C1CH2 C1 4C1
H, C1
Vc
, C1 ROCH,
Vci + V^OR + А
s
нЛ
OR OR
осн, о.
Хлорметил-гел-дихлорциклопропаны селективно реагируют с различными первичными и вторичными аминами с образованием соответствующих производных .
Я?'
+ HN'
N
-CH2-N—r2
er Cl
er Cl
Отмечается, что третичные амины и четвертичные аммонийные соли, содержащие гел-дихлорциклопропановый фрагмент, могут обладать высокой биологической активностью 10.
В условиях реакции Фриделя-Крафтса хлорметил-гел-дихлорциклопропаны присоединяются к ароматическому ядру с раскрыти-
11
ем цикла .
CH3 C1
C1
C1
C1
C1
гел-Дихлорциклопропилкарбинол использовался для получения различных биологически активных соединений 12. Его синтез включает ацетализацию аллилового спирта, дихлоркарбенирование и разрушение образующихся 1,1-диалкоксипроизводных.
2CH^CHCH,OH + R2CO -»- (CH^CH-C^O^CR-j
I C1. C1 \
:CC12
:CC12
CH2O
CL C1 2
, CR2
CH2OH
Основной реакцией, приводящей к окси-метил-1,3-диоксацикланам, является конденсация триолов (глицерин, 1,2,4-бутантриол,
1, 1, 1-триоксиметилалкан) с карбонильными 13,14
соединениями
RCHO
OH OH OH
R=H, alk
R2CO
R-Ü
CH2OH OH
H
OH
R = alk
к©
Особенность этой реакции заключается в том, что хотя триолы способны параллельно образовывать с альдегидами пяти- и шести-звенные циклы, с кетонами они реагируют селективно — образуется только 1,3-диоксолано-вый фрагмент.
Особый интерес представляют продукты конденсации глицерина с 5-гидроксиметил-фурфуролом 15'16.
OHOHOH
но^
Бициклические оксипроизводные (смесь цис-, транс-изомерных пяти- и шестизвенных структур) предложено без разделения использовать в поликонденсационных процессах, поскольку образующиеся высокомолекулярные сложные эфиры обладают рядом уникальных
свойств
15,16
+
R
R
+
R
2
+
OH
Промышленные этриолы в реакциях с карбонильными соединениями образуют 5-ал-кил-5-оксиметил-1,3-диоксоланы. О-алкили-рование последних оказалось эффективным методом получения соответствующих простых и сложных эфиров, обладающих высокой био-
логической активностью
17
R CH2OH
R CH2OY
r-C^OH^ + CH2O
Cl-Y
Аналогично О-алкилированию протекает Б-алкилирование в меркаптанах 22.
Описаны примеры К-алкилирования га-
лоидацеталями в которых образуются соответ-
23
ствующие вторичные и третичные амины .
СН-кислоты реагируют с 2- и 4-галоидал-кил-1,3-диоксациклоалканами с образованием соответствующих замещенных малонатов и 1,3-дикетонов 24' 25.
У = алкил, аллил, ацил
Базовыми способами получения хлорме-тил-1,3-диоксацикланов являются конденсация эпихлоргидрина или 3,3-дихлорметилок-сациклобутана с карбонильными соединениями и реакция Принса с участием хлоролефи-нов 18. Основное использование этих соединений в органическом синтезе включает их О-, К-, С-алкилирование 19.
В частности, ряд простых алкиловых и ариловых эфиров получен О-алкилированием соответствующих спиртов и фенолов 4-хлорме-тил-1,3-диоксоланами 20.
^о + о
О + к-он О
Показано 21, что замещенные пирокатехи-ны и салициловый спирт реагируют с хлораце-талями по гидроксильным группам с образованием моно- и дизамещенных продуктов.
.C „C R' CH2 R
CH2Cl
+
R' CH R
CH
о^У
l2
M
R = CH3; CH3O
X = O; Y = CH2 X = CH2; Y = O X = Y = CH2
В результате декарбоксилирования мало-натов образуются сложные эфиры, содержащие циклоацетальный фрагмент.
Приведенный материал далеко не исчерпывает все возможности применения хлор- и оксиметилциклопропанов и 1,3-диоксацикла-нов в органическом синтезе. В тоже время из рассмотрения результатов следует, что данные соединения являются удобными и доступными реагентами для введения соответствующих карбо- и гетероциклических фрагментов в структуру сложных органических молекул.
X
Y
Литература
1. Злотский С.С., Михайлова H.H., Арбузова Т. В. Основные трансформации гел-дигалоген-циклопропанов / Панорама современной химии России. Успехи органического катализа и химии гетероциклов.- М.: Химия, 2006.- С.211-221.
2. Злотский С.С., Султанбекова H.H. Успехи химии 1,3-диоксолана // Нзвестия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология.- 2008.- Т.51, №11.- С. 3-6.
3. Зефиров Н.С., Казимирчик Н.В., Лукин К.А. Циклоприсоединение дихлоркарбена к олефи-нам.- М.: Химия, 1985.- 152 с.
4. Богомазова А.А. Реакции замещенных фенолов и спиртов с моно- и полигалогенуглеводорода-ми: дис. ... канд. хим. наук.- Уфа: УГНТУ, 2011. - 106 с.
References
1. Zlotskiy S.S., Mikhailova N.N., Arbuzova T.V. Osnovnye transformatsii gem-digalogentsiklo-propanov. Panorama sovremennoi khimii Rossii. Uspekhi organicheskogo kataliza i khimii geterotsiklov [Main transformations of gem.-digalogentcyclopropan. Panorama of modern chemistry of Russia. Progress of an organic catalysis and chemistry of heterocycles]. Moscow, Khimiya Publ., 2006. pp.211-221.
2. Zlotskiy S.S., Sultanbekova I.N. Uspekhi khimii 1,3-dioksolana [Achievements of chemistry of a 1,3-dioksolan]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Seriya: Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [Proceedings of high schools. Series: Chemistry and chemical technology], 2008, vol.51, no. 11, pp.3-6.
5. Казакова А.Н. Синтезы простых эфиров, кета-лей, аминов и дихлоралкениларенов на основе замещенных галогенметил-гем-дихлорциклоп-ропанов: дис. ... канд. хим. наук.— Уфа: УГНТУ, 2011.- 131 с.
6. Аминова Э.К. Получение и превращения полихлор-, бром-циклопропанов: дис. ... канд. хим. наук.- Уфа: УГНТУ, 2013.- 113 с.
7. Казакова А.Н., Богомазова А. А., Злотский С. С. Реакции замещенных гел-дихлорциклоп-ропанов // Доклады Академии наук.- 2011.-Т.441, №6.- С.759-761.
8. Богомазова А.А., Злотский С.С. Конденсация пирокатехинов с хлорметил-гел-дихлорциклоп-ропаном // Баш. хим. ж.- 2010.- Т.17, №3.-С.8-10.
9. Казакова А.Н., Тимофеева С.А., Юмакаева Ю.М., Хайруллина А.Ф., Злотский С.С. Синтез аминов, содержащих циклопропановый и 1,3-диоксолановый фрагменты // Баш. хим. ж.- 2010.- Т.17, №4.- С.19-23.
10. Jonczyk A., Kmiotek-Skarzynska I., Zdrojewski T. Reaction of 1 Д^сЫого-2-(сЫоготе^у1) cyclopropane with some carbanions: a simple synthesis of 1,2-disubstituted methylene-cyclopropanes // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1.- 1994.- №12.- Р.1605-1609.
11. Kazakova A.N., Spirikhin L.V., Zlotskii S.S. Alkylation of benzene and toluene with chloromethyl-^em-dichlorocyclopropanes // Petroleum Chemistry.- 2012.- V.52, №2.- Р. 123.
12. Кондратьева O.B. Реакции функционально замещенных циклопропанов с производными кислот фосфора и бора: Автореф. . канд. хим. наук.- Чебоксары: Чувашский гос. пед. университет им. И.Я. Яковлева, 2009.- 24 с.
13. Раскильдина Г.З., Валиев В.Ф., Султанова Р.М., Злотский С.С. Селективная функциона-лизация первичной гидроксильной группы в триолах // ЖПХ. 2015.- Т.88, Вып.10.-С.1414-1419.
14. Раскильдина Г.З., Валиев В.Ф., Султанова Р.М., Злотский С.С. Получение, строение и превращения циклических формалей глицерина // Известия Академии наук. Серия химическая.- 2015.- №9.- С.2095-2099.
15. Van Putten R.-J, Van der Waal J.C., De Jong E., Rasrendra C.B., Heeres H. J., De Vries J. G. Hydroxymethylfurfural, a versatile platform chemical made from renewable resources // Chem. Rev.- 2013.- №113.- P.1499-1597.
16. Pat. WO 2008022287 Aceonide of hydroxymethylfurfural and glycerin / Bonsignore B. V. // Publ. 21.02.2008.
17. Гиниятуллина Э.Х. Реакции O-алкилирования и O-ацилирования на основе гидрокси-1,3-диок-сациклоалканов: Автореф. .канд. хим. наук.-Уфа: УГНТУ, 2011.- 22 с.
18. Рахманкулов Д. Л., Ковач Я., Крутошникова А., Иловский Д., Злотский С.С., Рольник Л.З., Сергеева Л.Г. Прогресс химии кислородсодержащих гетероциклов.- Уфа: Изд-во Реактив, 1992.- 152 с.
19. Злотский С.С., Рахманкулов Д.Л. Новые направления использования циклических ацета-лей в органическом синтезе // Баш. хим. ж.-1998.- Т.5, №3.- С.27-28.
3. Zefirov N.S., Kazimirchik I.V., Lukin K.A. Cikloprisoedinenie dikhlorkarbena k olefinam [Cycloaccession of a dikhlorkarben to olefins] Moscow, Khimiya Publ., 1985, 152 p.
4. Bogomazova A.A. Reaktsii zameshhennykh fenolov i spirtov s mono- i poligalogenuglevodorodami. Dis. kand. khim. nauk [Reactions of the replaced phenols and alcohols with mono- and poligalogenuglevodorodami. Dis. PhD in Chemistry]. Ufa, UGNTU, 2011, 106 p.
5. Kazakova A.N. Sintezy prostykh efirov, ketalei, aminov i dikhloralkenilarenov na osnove zame-shhennykh galogenmetil-gem-dikhlortsiklopro-panov. Dis. kand. khim. nauk [Syntheses of ethers, ketals, amines and dihloralkenilarenes based gem-substituted halomethyl-dihlorcyclo-propanes. Dis. PhD in Chemistry]. Ufa, UGNTU, 2011, 131 p.
6. Aminova E.K. Poluchenie i prevrashheniya polikhlor-, brom-tsiklopropanov. Dis. kand. khim. nauk [Preparation and transformation of polychloro-, bromo-cyclopropanes. Dis. PhD in Chemistry]. Ufa, UGNTU, 2013, 113 p.
7. Kazakova A.N., Bogomazova A.A., Zlotskii S.S. Reaktsii zameshhennykh gem-dihlortsiklopro-panov [Reactions substituted gem-dihlortcyclo-propanes]. Doklady Akademii nauk [Reports of the Academy of Sciences], 2011, vol.441, no.6, pp.759-761.
8. Bogomazova A.A., Zlotskii S.S. Kondensatsiya pirokatekhinov s khlormetil-gem-dikhlorcik-lopropanom [Condensation pyrocatechols with chloromethyl gem-dihlortsiklopropanom]. Bash-kirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2010, vol.17, no.3, pp.8-10.
9. Kazakova A.N., Timofeeva S.A., Yumakaeva Yu.M., Khairullina A.F., Zlotskii S.S. Sintez aminov, soderzhashhikh tsiklopropanovyi i 1,3-dioksolanovyi fragmenty [Synthesis of amines containing cyclopropane and 1,3-dioxolanes fragments] Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2010, vol.17, no.4, pp.19-23.
10. Jonczyk A., Kmiotek-Skarzynska I., Zdrojewski T. [Reaction of 1^-dichloro-2-(chloromethyl) cyclopropane with some carbanions: a simple synthesis of 1,2-disubstituted methylenecyc-lopropanes]. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. ,1994, no.12, pp.1605-1609.
11. Kazakova A.N., Spirikhin L.V., Zlotskii S.S. [Alkylation of benzene and toluene with chloro-methyl-gem-dichlorocyclopropanes]. Petroleum Chemistry, 2012, vol.52, no.2, p.123.
12. Kondrat'eva O.V. Reaktsii funktsional'no zameshhennykh tsiklopropanov s proizvodnymi kislot fosfora i bora. Avtoref. kand. khim. nauk [The reactions of functionally substituted cyclopropanes derived from phosphorus and boron acids. Synopsis PhD in Chemistry]. Cheboksary, 2009, 24 p.
13. Raskil'dina G.Z., Valiev V.F., Sultanova R.M., Zlotskii S.S. Selektivnaya funktsionalizatsiya pervichnoi gidroksil'noi gruppy v triolakh [Selective functionalization of the primary hydroxyl group in triol]. Zhurnal prikladnoi khimii [Russian Journal of Applied Chemistry], 2015, vol.88, no.10, pp.1414-1419.
20. Тимофеева С. А. Реакции О- и N-алкилирования фенолов, спиртов и аминов 4-хлорметил-1,3-ди-оксоланом и цианурхлоридом: дис. ... канд. хим. наук.- Уфа: УГНТУ, 2011.- 111 с.
21. Богомазова А. А., Михайлова Н.Н., Злотский С. С. Современная химия циклических ацета-лей. Получение. Реакции. Свойства.- Германия: Lap Lambert, 2012.- 87 с.
22. Рольник Л.З., Злотский С.С. Превращения замещенных циклических ацеталей в условиях МФК // Баш. хим. ж.- 1994.- Т.1, №1.-С.54-56.
23. Чанышева А.Т., Рольник Л.З., Злотский С.С., Рахманкулов Д.Л. Алкилирование С-Н кислот 4-бромметил-1,3-диоксоланом // ЖПХ.-1993.- Т.66, №8.- С.1889-1891.
24. Раскильдина Г.З., Казакова А.Н., Злотский С.С. Синтез гел-дихлорциклопропилметилма-лонатов // ЖОХ.- 2015.- Т.85, Вып.1.-С.156-158.
25. Раскильдина Г.З., Яныбин В.М., Султанова Р.М., Спирихин Л.В., Злотский С.С. Новые пути получения производных гел-циклопентен-дикарбоновых кислот // Доклады академии наук.- 2016.- Т.466, №2.- C. 174-176.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Raskil'dina G.Z., Valiev V.F., Sultanova R.M., Zlotskii S.S. Poluchenie, stroenie i prevrashheniya tsiklicheskikh formalei glitserina [Preparation, structure and making cyclic formals glycerol]. Izvestiya Akademii nauk. Seriya khimicheskaya [Proceedings of the Academy of Sciences. Chemical series], 2015, no.9, pp.2095-2099.
Van Putten R.-J, Van der Waal J.C., De Jong E., Rasrendra C.B., Heeres H. J., De Vries J. G. [Hydroxymethylfurfural, a versatile platform chemical made from renewable resources]. Chem. Rev., 2013, no. 113, pp.1499-1597.
Bonsignore B. V. [Aceonide of hydroxymethylfurfural and glycerin]. Pat. WO 2008022287, 2008.
Giniyatullina E.Kh. Reaktsii O-alkilirovaniya i O-atsilirovaniya na osnove gidroksi-1,3-dioksatsikloalkanov. Avtoref. kand. khim. nauk [Reactions of O-alkylation and O-acylation based on hydroxy-1,3-dioksacycloalkanov. Synopsis PhD in Chemistry]. Ufa, UGNTU, 2011, 22 p.
Rakhmankulov D.L., Kovach Ya., Krutoshikova A., Ilovskii D., Zlotskii S.S., Rol'nik L.Z., Sergeeva L.G. Progres khimii kislorodsoder-zhashhikh geterotsiklov [Progress chemistry of oxygen-containing heterocyclic]. Ufa, Reaktiv Publ., 1992, 152 p.
Zlotskii S.S., Rakhmankulov D.L. Novye napravleniya ispol' zovaniya tsiklicheskikh atsetalei v organicheskom sinteze [New ways of using cyclic acetals in organic synthesis] Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 1998, vol.5, no.3, pp.27-28.
Timofeeva S.A. Reaktsii O- i N-alkilirovaniya fenolov, spirtov i aminov 4-khlormetil-1,3-dioksolanom i tsianurkhloridom. Dis. kand. khim. nauk [Reactions O- and N-alkylation of phenols, alcohols and amines, 4-chloromethyl-1,3-dioxolane and cyanuric chloride. Dis. PhD in Chemistry]. Ufa, UGNTU, 2011, 111 p. Bogomazova A.A., Mikhailova N.N., Zlotskii S.S. Sovremennaya khimiya tsiklicheskikh atsetalei. Poluchenie. Reaktsii. Svoistva [Modern chemistry of cyclic acetals. Getting. Reaction. Properties]. Germany, Lap Lambert Publ., 2012, 87 p. Rol'nik L.Z., Zlotskii S.S. Prevrashheniya zameshhennykh tsiklicheskikh atsetalei v usloviyakh MFK [Transformations substituted cyclic acetal IFC conditions]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 1994, vol.1, no.1, pp.54-56. Chanysheva A.T., Rol'nik L.Z., Zlotskii S.S., Rakhmankulov D.L. Alkilirovanie S-N kislot 4-brommetil-1,3-dioksolanom [Alkylation of C-H acid 4-bromomethyl-1,3-dioxolane]. Zhurnal prikladnoi khimii [Russian Journal of Applied Chemistry], 1993, vol.66, no.8, pp.1889-1891. Raskil'dina G.Z., Kazakova A.N., Zlotskii S.S. Sintez gem-dihlortsiklopropilmetilmalonatov [Synthesis gem-dichlorocyclopropylmethyl malonate]. Zhurnal obshhei khimii [Russian Journal of General Chemistry], 2015, vol.85, no.1, pp.156-158. Raskil'dina G.Z., Yanybin V.M., Sultanova R.M., Spirikhin L.V., Zlotskii S.S. Novye puti polucheniya proizvodnykh gem-tsiklopentendi-karbonovykh kislot [New ways for the preparation of gem-cyclopentanecarboxylic acid]. Doklady akademii nauk [Doklady Chemistry], 2016, vol.466, no.2, pp.174-176.
