Использование 4-хлорметил-1,3-диоксолана в О-алкилировании пирокатехинов и салицилового спирта Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.565.2

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 4-ХЛОРМЕТИЛ-1,3-ДИОКСОЛАНА В О-АЛКИЛИРОВАНИИ ПИРОКАТЕХИНОВ И САЛИЦИЛОВОГО СПИРТА

© С. А. Тимофеева1*, Г. З. Раскильдина2, С. С. Злотский3

1 Уфимская государственная академия экономики и сервиса Россия, Республика Башкортостан, 450077 г. Уфа, ул. Чернышевского, 145.

Тел.: +7 (347) 252 49 22.

E-mail: timofeevа[email protected] 2Научно-исследовательский институт гербицидов и регуляторов роста растений с опытноэкспериментальным производством АНРБ Россия, Республика Башкортостан, 450029 г. Уфа, ул. Ульяновых, 65.

Тел.: +7 (347) 242 83 52.

E-mail: [email protected] 3Уфимский государственный нефтяной технический университет Россия, Республика Башкортостан, 450062 г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

Тел. +7 (3472) 228 25 11.

E-mail: [email protected]

Исследовано О-алкилирование пирокатехинов и салицилового спирта 4-хлорметил-1,3-диоксоланом. Селективность образования эфиров в значительной степени определяется строением исходных реагентов и условиями проведения процесса (растворитель, температура, соотношение реагентов). Показано, что микроволновое излучение позволяет сократить продолжительность реакции и повысить выход моно- и диэфиров.

Ключевые слова: О-алкилирование, пирокатехин, салициловый спирт, 4-хлорметил-1,3-диоксолан, межфазный катализ, микроволновое излучение.

Моно- и бис-О-алкилирование двухатомных фенолов и салицилового спирта позволяет получать соответствующие ариловые эфиры, представляющие интерес в качестве полупродуктов синтеза биологически-активных веществ [1, 2]. Продолжая эти исследования, мы изучили О-алкилирование пирокатехина 1а, его производных 1б,в и салицилового спирта 2 4-хлорметил-1,3-диоксоланом 3 при температурах 65-80 °С и под действием микроволнового излучения (МВИ).

Было установлено (табл. 1), что в зависимости от мольного соотношения реагентов и условий в результате реакции образуются соответствующие моно- (4а-г, 5а-в) и диэфиры (6а-г).

Использование МВИ позволяет более чем на порядок снизить продолжительность реакции, а в случае пирокатехинов 1а-в увеличить выход диэфиров 6а-в в два раза. Если т^ет-бутильный заместитель находится в мета-положении к гидро-

(CH2)n

la-B,2

ксильной группе, то его влияние не ощущается и оба возможных изомера 4б и 5б образуются с практически одинаковой селективностью. Трет-

бутильная группа в орто-положении - дезактивирует ОН-группу и изомер 4в смеси моноэфиров (4в+5б) доминирует. В салициловом спирте 2 фенольный гидроксил более чем на порядок активнее бензильной ОН-группы и соответствующий моноэфир 4г является практически единственным продуктом.

На примере реакции пирокатехина 1а с хлор-метилпроизводным 3 мы оценили влияние соотношения реагентов, условий проведения процесса (растворитель, температура) и МВИ (табл. 2)

С увеличением концентрации реагента 3, как и следовало ожидать, выход диэфира 6а возрастает. МВИ позволяет проводить реакцию при комнатной температуре и достигать хорошего выхода продукта 6а (60%) за 30 минут.

O-A

(CH2)Í

4а-г

OH

O-Л

(CH2)N

5а-в

o \

Cl

R1

<Y'A(CH2)n-°. R2

ба-г

R=R=H, n = 0 (la, 4a, 5a)

R*=H, R^m^m^Hç, n = 0 (l6, 46, 5a, 66) R^R^m^m^H^ n = 0 (Ib, 4в, 56, 6в)

R1 = H, R2 = H, n = 1 (2, 4г, 5в, бг)

O

O

O

O

O

З

O

* автор, ответственный за переписку

1180

ХИМИЯ

Таблица 1

Взаимодействие пирокатехинов 1а-в и салицилового спирта 2 с 4-хлорметил-1,3-диоксоланом 3

Усло- Время реакции, ч

Реагенты вия реак- ции Продукты Выход, %

a oh Терм.

0

1а

0Н МВИ

Терм. МВИ Терм.

МВИ

Терм. МВИ

8

0.2

6

0.2

4

0.1

14

0.2

0"\

О^

ОС

ОН

4а

НзС

НзсС

нзс L I

4б

5а

°л

о^

6а

0^\

6в

о-./

6г

88/5

85/15

39/38/10

34/35/20

75/5/5

80/6/13

90/<<5/<<5

64/<<5/<<5

Терм. - Мольное соотношение 1а-в, 2 : 3 : №ОН : ТЭБАХ = 0.1:0.12:0.25:0.0001, 50 мл ДМСО, Т=75-80 °С;

МВИ - Мольное соотношение 1а-в, 2 : 3: №ОН : ТЭБАХ = 0.1:0.12:0.25:0.0001, 50 мл ДМСО, 230 Вт.

Таблица 2

Взаимодействие пирокатехина 1а с 4-хлорметил-1,3-диоксоланом 3 (0.01 моль (1.1 г) 1а, 0.01 моль (1.23 г) III, 0.0001 моль (0.03 г) ТЭБАХ, 0.02 моль (0.8 г) №ОН, 3.8 мл ДМСО, Т = 75-80 °С)

Соотношение

тов

1а:3

реаген-

Температура реакции, °С

Время реакции, ч

Выход, %

4а 5а

95 -

80 5

88 8

80 15

79 5

80 16

40 57

2:1

1:1

1:3

75-80

65-70

75-80

МВИ

70-75

МВИ*

4

8

0.2

0.4*

12

0.5

Примечание: 10 мл ДМФА, 0.02 (2.76 г) К2С03

Экспериментальная часть

Хроматографический анализ продуктов реакции проводили на хроматографе ЛХМ-8МД с детектором по тепловодности, газ-носитель - гелий, расход 1.5 л/ч, колонка длиной 2 м с 5% SE-30 на носителе Chromaton N-AW. Спектры ЯМР *Н регистрировали на спектрометре «Bruker AM-300» (300.3 МГц). Химические сдвиги приведены в шкале ё (м.д.) относительно ТМС, как внутреннего стандарта. Хроматомасс-спектры записывали на приборе «Hewlett Packard» при ионизирующем излучении 70 эВ (температура ионизирующей камеры 270 °С, температура прямого ввода 50-270 °С, скорость нагрева 10 °С/мин, стеклянный капилляр «Ultra» 50 м х 2.5-10-4 м, расход гелия 3 мл/мин). Для получения масс-спектров соединений использовали метод ионизации электронным ударом.

Исходное соединение III было получено по известной методике [3].

Методика О-алкилирования пирокатехинов и салицилового спирта.

Смесь 0.01 моль соответствующего пирокатехина 1 а -г или салицилового спирта 2, 0.025 моль (0.82 г) №ОН, 0.0001 моль (0.03г) ТЭБАХ, 3.8 мл ДМСО интенсивно перемешивали и нагревали при температуре 75-80 °С в течение часа. После чего прикапывали 0.012 моль (1.47 г) 4-хлорметил-1,3-диоксолана в течение 30 минут. Образование продукта определяли методом ГЖХ.

По окончании реакции смесь охлаждали до 20-25 °С, промывали двукратным количеством воды и дважды экстрагировали хлороформом. Экстракт сушили над прокаленным сульфатом магния, растворитель отгоняли на роторном испарителе.

0

о

о

Н3С

н

о

2

Остаток подвергали вакуумной разгонке. При получении соединений 4в, 5б и 6а-в остаток хроматографировали через колонку, заполненную силикагелем, элюент гексан-этилацетат (9:1). Состав фракций анализировали методом ГЖХ.

По данной методике были получены следующие соединения.

1-(1,3-диоксолан-4-илметокси)-фенол (4а).

Т. кип. 110 °С (5 мм рт. ст.). ИК спектр V, см1: 3416 (св. ОН). Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5, м.д. Ъ, Гц):, 3.87 (д.д., 1Н, С5На, Ъ 8.3, I 5.3), 4.02 (д.д., 1Н, С5Нб, 2Ъ

8.3, 3Ъ 5.3), 4.07 (д., 1Н, С1На, 3Ъ 3.3), 4.10 (д., 1Н, СгНб, 2Ъ 3.3), 4.42 (кв., 1Н, С4Н, I 5.3), 4.93 (с., 1Н, С2Щ, 5.12 (с., 1Н, С2Нб), 6.75-7.00 (м., 4Н, РИ-).

Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), тії (Ъ отн., %): М+ 196 (54), 166 (15), 147 (8), 135 (13), 121 (30), 110 (89), 109 (23), 87 (68), 77(24), 73 (23), 65 (27), 57 (100).

Смесь продуктов 5-трет-бутил-2-(1,3-

диоксолан-4-илметокси)-фенол (4б) и 4-трет-бутил-2-(1,3-диоксолан-4-илметокси)-фенол (5а). Т. кип. 158 °С (0.5 мм рт. ст.). ИК спектр V, см- : 3409 (св. ОН). Спектр ЯМР ҐН (СБС13, 5, м.д. Ъ, Гц):1.30 (с., 18Н, і-Ви (4б), і-Ви (5а)), 3.87 (д.д., 1Н, С5Ща), Ъ 8.6, 3Ъ 5.2), 3.87 (д.д., 1Н, С5На (27б), 2Ъ 8.6, Ъ 5.4), 4.05 (д.д., 1Н, С5Нб (27а), 2Ъ 8.6, 3Ъ 3.5),

4.03 (т., 1Н, С5Нб (5а), 2Ъ 5.4, 3Ъ 5.4), 4.07 (д., 1Н, СгНа (27а) + СгНа (5а), I 4.0), 4.10 (д., 1Н, СгНб (27а) + СгНб (5а), 2Ъ 4.0), 4.42 (м., 2Н, С4Н(27а) + С4Н(5а)), 4.95 (с., 1Н, С2На (27а)), 4.97 (с., 1Н, С2На (5а)), 5.15 (с., 1Н, С2Нб (4б)), 5.17 (с., 1Н, С2На (27б)), 6.80-7.00 (м., 8Н, РИ-(4б), РИ-(27б)).

Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), тії (Ъ отн., %): 4б -М+ 252 (47), 237 (100), 208 (8), 207 (68), 189 (20), 166 (13), 151 (100), 133 (21), 123 (27), 105 (31), 91 (22), 87 (38), 77 (28), 57 (72). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), тії (Ъ отн., %) 5а - М+ 252 (34), 237 (43), 207 (15), 189 (5), 151 (100), 133 (9), 123 (17), 105 (13), 87 (56), 77 (16), 57 (52).

2.4-ди-трет-бутил-6-(1,3-диоксолан-4-ил-метокси)фенол (4в).

Яі = 0.2. ИК спектр V, см1: 3440 (св. ОН). Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5, м.д. Ъ, Гц): 1.30 (с., 9Н, і-Ви , С '), 1.45 (с., 9Н, і-Ви, С6"), 3.90 (д.д., 1Н, С5Нб, 2Ъ

8.4, 3Ъ 5.1), 4.05 (д.д., 1Н, С5На, 2Ъ 8.4, Ъ 5.1), 4.07 (с., 1Н, С1На, 2Ъ 9.8), 4.11 (с., 1Н, СгНб), 4.45 (кв., 1Н, С4Н, 3Ъ 5.1), 4.95 (с., 1Н, С2На), 5.15 (с., 1Н, С2Нб), 6.79 (д., 1Н, С3''Н , I .2.2), 6.95 (д., 2Н, С5"Н, Ъ .2.2).

Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), mlz (Ъ отн., %): М+ 308 (7), 293 (14), 263 (6), 245 (2), 207 (11), 191 (5), 163 (4), 133 (4), 123 (4), 105 (5), 91 (12), 87 (18), 77 (6), 57 (100).

3.5-ди-трет-бутил-2-(1,3-диоксолан-4-илметокси)фенол (5в). = 0.4. ИК спектр V, см-1: 3444 (св. ОН). Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5, м.д. Ъ, Гц). Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5, м.д. Ъ, Гц): 1.29 (с., 9Н, і-Ви , С3'), 1.40 (с., 9Н, і-Ви, С5"), 3.85 (д.д., 1Н, С5Нб, 2Ъ 8.0, 3Ъ 5.0), 4.00 (д.д., 1Н, С5На, 2Ъ 8.0, 3Ъ 5.0), 4.05 (с., 1Н, С1На), 4.08 (с., 1Н, СгНб), 4.48 (кв., 1Н, С4Н, 3Ъ

5.0), 4.93 (с., 1Н, С2На), 5.12 (с., 1Н, С2Нб), 6.73 (д., 1Н, С3''Н , I 2.3), 6.90 (д., 2Н, С5''Н, 2.3).

Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), тії (Ъ отн., %): М+ 308 (4), 293 (4), 263 (5), 245 (2), 207 (15), 191 (5),

165 (5), 135 (4), 115 (4), 105 (5), 91 (8), 87 (42), 77 (6), 59 (8), 57 (100).

[2-(1,3-диоксолан-4-илметокси)фенил]метанол (4г). Т. кип. 154 °С (1 мм рт. ст.). Ик спектр V, см-1: 3415 (св. ОН). Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5, м.д. Ъ, Гц) 2.70 (уш. с., 1Н, -ОН) 3.85 (д.д., 1Н, С5Нб, 2Ъ 8.3, 3Ъ

5.0), 4.00 (д.д., 1Н, С5На, 2Ъ 8.3, 3Ъ 5.0), 4.20 (д., 1Н, С1На, 2Ъ 4.3), 4.25 (д., 1Н, С1'Нб, Ъ 4.5), 4.48 (кв., 1Н, С4Н, 3Ъ 5.0), 4.63 (д., 1Н, Сг'На, 2Ъ 12.2) 4.73 (д., 1Н, Сг'Нб, 2Ъ 12.2), 4.94 (с., 1Н, С2На), 5.14 (с., 1Н, С2Нб), 6.73 (д., 1Н, С3''Н , Ъ 2.3), 6.90 (д., 2Н, С5''Н, 2.3), 6.80 (м, 2Н, С4''Н, С6''Н), 7.30 (м, 2Н, С3''Н, С5''Н).

Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), тії (Ъ отн., %): М+ 210 (17), 165 (13), 136 (13), 135 (36), 124 (20), 122 (38), 119 (40), 118 (49), 107 (100), 106 (86), 105 (31), 95(22), 91 (42), 87 (26), 78 (77), 77 (100), 73 (20), 57 (88).

4,4 -[1,2-фениленбис(оксиметилен)]-бис-1,3-диоксолан (6а). = 0.5. Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5,

м.д. Ъ, Гц): 3.90 (м., 2Н, С5На, С5'На), 4.10 (м., 1Н, С5Нб, С5'Нб), 4.15 (м., 4Н, СГ'Н2, СгН2), 4.42 (м., 2Н, С4Н, С4'Н), 4.92 (с., 1Н, С2На), 4.95 (с., 1Н, С2'На), 5.07 (с., 1Н, С2Нб), 5.10 (с., 1Н, С2'Нб), 6.75-7.00 (м., 4Н, РИ-).

Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), тії (Ъ отн., %): М+ 282 (10), 196 (13), 166 (15), 148 (7), 147 (6), 135 (8), 121 (27), 110 (25), 109 (7), 87 (100), 77 (11), 73 (13), 65 (10), 57 (99).

4,4'-[(4-трет-бутил-1,2-фенилен)бис(окси-метилен)]-бис-1,3-диоксолан (6б). Я = 0.7. Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5, м.д. Ъ, Гц):1.30 (с., 9Н, і-Ви), 3.87 (м., 2Н, С5На С5'На), 4.05 (м., 1Н, С5Нб, С5'Нб), 4.10 (м., 4Н, СГН2, СгН2), ,4.42 (м., 2Н, С4Н, С4'Н), 4.95 (с., 1Н, С2На ), 4.97 (с., 1Н, С2'На), 5.15 (с., 1Н, С2Нб), 5.17 (с., 1Н, С2'На), 6.80-7.00 (м., 4Н, РИ-).

Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), тії (Ъ отн., %): М+ 338 (45), 323 (20), 252 (18), 237 (80), 207 (39), 189 (15), 166 (11), 151(46), 133 (16), 107 (12), 105 (19), 91 (18), 87 (88), 77 (15), 73 (6), 57 (100).

4,4'-[(3,5-ди-трет-бутил-1,2-фенилен)бис-(оксиметилен)]бис-1,3-диоксолан (6в). Я = 0.37. Спектр ЯМР 1Н (СБС13, 5, м.д. I, Гц):1.30 (с., 9Н, і-Ви, С '), 1.45 (с., 9Н, і-Ви, С5"), 3.90 (м., 2Н, С5На С5'На), 4.05 (м., 1Н, С5Нб, С5'Нб), 4.15 (м., 4Н, СГН2, СГН2), ,4.45 (м., 2Н, С4Н, С4'Н), 4.95 (с., 1Н, С2На ), 4.97 (с., 1Н, С2'На), 5.15 (с., 1Н, С2Нб), 5.17 (с., 1Н, С2'На), 6.79 (д., 1Н, С3'''Н , Ъ .2.2), 6.95 (д., 2Н, С5'''Н, Ъ .2.2).

Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), тії (Ъ отн., %): М+ 394 (4), 308 (4), 293 (9), 263 (5), 207 (8), 191 (3), 147 (5), 133 (4), 119 (4), 105 (5), 91 (8), 87 (40), 73 (8), 59 (9), 57 (100).

ЛИТЕРАТУРА

1. Тимофеева С. А, Юмакаева Ю. М., Злотский С. С, Грудников И. Б. О-алкилирование фенолов и спиртов галоиме-

тилпроизводными II Башкирский химический журнал. 2010. Т. 17. №3. С. 25-29.

2. Богомазова А. А., Тимофеева С. А., Злотский С. С. Взаи-

модействие пирокатехина с 1,2,3-тригалогенпропанами II Известия вузов. Химия и химическая технология. 2010. Т.53. №12. С. 8-11.

3. Фефелов А. А. Синтез азотсодержащих циклических ацеталей на основе 4-хлорметил-1,3-диоксолана и оценка их биологической активности: дисс. канд. хим. наук. Уфа, 2005. 106 с.

Поступила в редакцию 07.04.2011 г. После доработки - 22.11.2011 г.