CC BY
42
УДК 547.424
Е. А. Яковенко (асп.), А. В. Байбуртли (асп.), Ю. Г. Борисова (асп.), Г. З. Раскильдина (к.х.н., доц.)
О-АЦИЛИРОВАНИЕ ДИОКСАНОВЫХ СПИРТОВ
ХЛОРАНГИДРИДАМИ
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра общей, аналитической и прикладной химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, тел. (347)2420854, e-mail: [email protected]
E. A. Yakovenko, A. V. Bayburtli, Yu. G. Borisova, G. Z. Raskil'dina
O-ACILATION OF DIOXANE ALCOHOLS BY CHLORANHYDRIDES
Ufa State Petroleum Technological University, 1, Kosmonavtov str, 450062 Ufa, ph. (347) 2420854, e-mail: [email protected]
Осуществлен синтез сложных эфиров, содержащих различные циклоацетальные фрагменты, проявляющих фармакологическую активность. Найдено, что хлорангидриды монохлоруксусной и феноксиуксусной кислот в присутствии пиридина в эквимолярных количествах с высокими выходами реагируют с доступными 1,3-диоксацик-лоалканами, в частности, с 2,2-диметил-4-оксиме-тил-1,3-диоксоланом и 5-этил-5-оксиметил-1,3-ди-оксаном. Показано, что О-ацилирование смеси диоксан-диоксолановых спиртов протекает с образованием 5- и 6-звенных циклических структур. Методом рентгеноструктурного анализа подтверждено строение 1,3-диоксан-5-ил-хлорацетата.
Ключевые слова: О-ацилирование; линейные и ароматические хлорангидриды; рентгено-структурный анализ; сложные эфиры; хлоран-гидриды монохлоруксусной и феноксиуксусной кислот; циклоацетальный фрагмент.
Работа выполнена при финансовой поддержке Президента РФ (стипендия президента РФ молодым ученым и аспирантам №СП-1960.2015.4).
Как известно, производные фенокси- и монохлоруксусной кислот обладают биологической и гербицидной активностями, что обуславливает их широкое использование в сельскохозяйственном производстве .
Ранее нами было показано 2' 3, что О-аци-лирование хлорангидрида бензойной кислоты циклическими спиртами (1,3-диоксолан-4-ил-метанолом и 1,3-диоксан-5-олом) с высокой селективностью приводит к соответствующим
Дата поступления 29.03.17
The synthesis of esters containing various cycloacetal fragments with pharmacological activity was carried out. It was found that chloroanhydrides of monochloroacetic and phenoxyacetic acids in the presence of pyridine in equimolar amounts react with available 1,3-dioxacycloalkanes, in particular 2,2-dimethyl-4-hydroxymethyl-1,3-dioxolane and 5-ethyl-5 -oxymethyl-1,3-dioxane, and give high yields of products. It was shown that the O-acylation of dioxane-dioxolane alcohols mixture proceeds with the formation of 5- and 6-ring structures. The structure of 1,3-dioxane-5-yl-chloroacetate was confirmed by X-ray diffraction analysis.
Key words: O-acylation; cycloacetal fragments; esters; linear and aromatic acid chlorides; X-ray diffraction analysis.
The work was carried out with the financial support of the President of the Russian Federation (the scholarship of the President of the Russian Federation to young scientists and post-graduates No. SP-1960.2015.4)
сложным эфирам. Продолжая эти исследования, мы использовали хлорангидриды феноксиуксусной 1 и монохлоруксусной 2 кислот, которые представляют интерес в плане создания биоактивных структур 4.
Мы нашли, что хлорангидриды 1 и 2 реагируют с 2,2-диметил-4-оксиметил-1,3-диоксо-ланом (3) и 5-этил-5-оксиметил-1,3-диоксаном (4) с образованием сложных эфиров 5, 6 и 7, 8 при Т= 30 °С в присутствии пиридина как акцептора хлороводорода (схема 1).
OH
OxO
HoC^^H,
3 3 3
O
x 1, 2
H3C' ^ "OH
O^O 4
O
A,
O'
H3C^^H3 5, 6
R' "O----CH3
O
ж
-O^O
7, 8
R = PhOCH2 (1, 5, 7), ClCH2 (2, 6, 8). Схема 1
Известно, что конденсация глицерина с формальдегидом в присутствии кислотных катализаторов происходит с образованием пяти-и шестизвенных циклических формалей в соотношении 9а:9б = 3:2 (60% : 40%) 5 6. Нами установлено, что ацилирование образующихся формалей глицерина 9а,б хлорангидридами фенокси- 1 и монохлоруксусной 2 кислот успешно протекает с образованием соответствующих сложных эфиров 10а,б, 11а,б (схема 2). Соотношение производных феноксиуксусной кислоты 10а:10б составляет 1:2 (34% : 66%), для монохлоруксусных соединений — 11а и 11б = 1 : 4 (20% : 80%). Это связано, очевидно, с различной активностью первичной и вторичной гидроксильных групп в формалях 9а,б.
С помощью метода колоночной хроматографии нам удалось выделить индивидуальные производные монохлоруксусной кислоты 11а и 11б. Следует отметить, что данные соединения отличаются между собой по агрегатному состоянию: 11а — маслянистая жидкость, 11б — кристаллическое соединение. Согласно данным рентгеноструктурного анализа соединения 11б (рис. 1), сложноэфирная группа в данной молекуле находится в аксиальном положении.
Интересно, что описанное различие агрегатных состояний наблюдается только в случае производных монохлоруксуной кислоты, тог-
OH
OH
да как производные феноксиуксусной кислоты 10а и 106 представляют собой жидкости.
Строение полученных пяти- и шестичлен-ных гетероциклов 5—8, 10а,6 и 11а,6 подтверждено данными и 13С ЯМР-спектроскопии и хромато-масс спектрометрии.
Рис. 1. Структура соединения 116 в кристалле по данным РСА
Отнесение сигналов производных 1,3-ди-оксоланов 5, 6, 10а и 11а и 1,3-диоксанов 7, 8, 106, 116 проведено на основании анализа величин химических сдвигов и КССВ протонов гетероциклического фрагмента. Так, в спектре ЯМР 1Н соединений 5, 6, 10а и 11а наличие диоксоланового фрагмента подтверждается присутствием дублета дублетных сигналов СН-группы при 5Н 3.65 м.д. (КССВ 2/ 5.6 Гц, 3/ 4.2 и 3/ 7.9 Гц) для соединения 5, при 5Н 3.68 м.д. (КССВ 2/ 6.1 Гц и 3/ 4.4 Гц) для эфира 6, при 5Н 4.04 м.д. (КССВ 2/ 7.2 Гц и 3/ 8.2 Гц) для соединения 10а и при 5Н 4.20 м.д. (КССВ 2/ 5.1 Гц и 3/ 4.3 Гц) для молекулы 11а. Сигналы протонов СН20-группы в молекуле 5 проявляются в виде триплета в области 5Н 4.15 м.д. (КССВ 2/ 6.4, 3/ 5.6 Гц), для соединения 6 — в области 5Н 4.30 м.д. в виде дублета дублетов (КССВ 2/ 4.4 Гц и 3/ 6.1 Гц). В соединениях 10а и 11а СН20-группа диоксо-ланового фрагмента регистрируется в виде дублетных сигналов в области 5Н 4.84 м.д. (КССВ 2/ 6.2 Гц) и в области 5Н 4.85 м.д. (КССВ 2/ 2.4 Гц), соответственно. Синглет-
O
R^Cl 1, 2
OxzO + O о R
O
X
9а
O
9б
+
10a, 11а
O
R^O
10б, 11б
O
R = PhOCH2 (1, 10a, 106), ClCH2 (2, 11а, 11б).
Схема 2
ные сигналы СН3-груии резонируют в области 5Н 1.20 м.д. для соединения 5 и в области 1.50 м.д. для соединения 6. О наличии сложно-эфирной груииы С=О в сиектре ЯМР 13С соединений 5, 6, 10а и 11а свидетельствуют сигналы углеродных атомов с хим. сдвигом в области 8С 168.92 м.д., 167.13 м.д., 168.52 м.д. и 166.80 м.д., соответственно.
В сиектре ЯМР соединений 7, 8 наличие диоксанового фрагмента иодтверждается ирисутствием сигналов аномерных иротонов СН20-груииы в области 5Н 4.90 м.д. в виде дублета (КССВ 2/ 5.5 Гц) для соединения 7 и в области 5Н 4.55 м.д. в виде дублета (КССВ 2J 6 Гц) для соединения 8. Для эфиров 106 и 116 наличие диоксанового фрагмента иодтвер-ждается наличием иротонных сигналов СН20-груииы в области 5Н 4.71 м.д. в виде дублета дублетов с (КССВ 2J 6.4 Гц) и в области 5Н 4.74 м.д. в виде дублета (КССВ 2J 6.1 Гц), соответственно. Дублет-дублетные сигналы СН2-груииы в молекуле 7 имеют химический сдвиг в области 5Н 1.10 м.д. с КССВ 2J 7.6 и V 7.6 Гц и для соединения 8 — в области 5Н 1.18 м.д. с КССВ 2J 7.6, 3J 7.7 Гц.
(2,2-диметил-1,3-диоксолан-4-ил)метил феноксиацетат (5)
16-i I
17^
15^
18'
13
.19
11
O
II
10 8.
9 1 ' \
'V-03
Из^ Ч0Из 6 7
Выход 89%. Ткип = 180 0С (4 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1Н, 5, м. д. (J, Гц): 1.20 (c, 3H, C7H3), 1.50 (c, 3H, C6H3), 3.65-3.75 (дд, 1H, C4H, 2J 5.6; 3J 4.2, 3J7,9), 3.95-4.05 (дд, 2H, C5H2, 2J 4.2, 3J 5.6), 4.15-4.35 (т, 2H, C8H2, 2J 6.4, 3J 5.6), 4.60 (д, 2H, C12H2, 2J 17.4), 6.807.40 (5H, Ph-). ЯМР 13C, 5c, м.д.: 25.24 (C7), 26.61 (C6), 62.41 (С8), 63.14 (С4), 69.77 (С12), 71.12 (С5), 109.88 (C2), 114.56-129.60 (Ph-), 157.64 (C14), 168.79 (C10). Масс-спектр m/e, (IomH, %):М+266 (18), 251 (68), 117 (17), 107 (100), 101 (32), 79 (14), 77 (50), 72 (12), 59 (10), 51 (9).
(5-этил-1,3-диоксан-5-ил)метил феноксиацетат (7)
Экспериментальная часть
Хроматографический анализ продуктов реакции выполняли на хроматографе HRGS 5300 MegaSeries «CarloErba». Хроматомасс-спектры записывали на приборах «Fisons» и «Focus». Для получения масс-спектров соединений использовали метод ионизации электронным ударом. Спектры ЯМР регистрировали на спектрометре «Bruker AVANCE-400» OH 300.13 МГц) в CDCl3.
Исходные соединения 1, 2, 3, 4, 9а,б были получены по ранее описанным методикам 2' 5' 6.
Методика О-ацилирования спиртов 3, 4, 9а,б хлорангидридами кислот 1, 2
Смесь 0.03 моль спирта, 0.03 моль сухого пиридина и 0.03 моль хлорангидрида слабо нагревали до 30 оС в течение 3 ч. Выделившееся масло при охлаждении и растирании зак-ристаллизовывалось в течение суток. Затем в реакционную смесь выливали в смесь из 15 г льда и 30 мл 1Н HCl и перемешивали до образования суспензии. Сырой продукт отфильтровывали, промывали ледяной водой, сушили MgSO4 и остаток перегоняли в вакууме.
Выходы продуктов реакции 5—8, 10а,б и 11а,б рассчитывали по отношению к исходному количеству хлорангидридов 1 , 2.
O10
16.
14
Л
17<
I
1&>
^ ^ 9\O.
II 0
Л0
19
^сиз 8 4" 12
о. .0.
3 ^2-
1
Выход 92%. Ткип = 190 оС (3 мм рт. ст.). Спектр ЯМР *Н, 5, м. д. (J, Гц): 0.70-0.77 (т, 3H, C12H3, 2J 7.6), 1.10-1.20 (дд, 2H, C11^ 2J 7.6, 3J 7.6), 3.35-3.42 (д, 2H, C4H2, 2J11.5), 3.7-3.75 (д, 2H,C6H2, 2J 11.5), 4.35 (c,2H, C7H2), 4.65 (д, 2H, C13H2, 2J 14,3), 4.90 (дд, 2H, С2Н2, 2J 5.5), 6.85-7.30 (5H, Ph-). ЯМР 13C, 5c, м.д.: 6.53 (С12), 23.47 (С11), 36.34 (C5), 64.71 (С13), 71.39 (С4+С6), 93.96 (С2), 114.24-129.38 (Ph-), 157.55 (C15), 168.81 (C9). Масс-спектр m/e, (IomH, %): М+ 280 (11), 186 (92), 152 (40), 107 (100), 94 (16), 79 (28), 77 (80), 69 (38), 55 (16), 51 (15).
2,2-диметил-1,3-диоксолан-4-ил)метил хлорацетат (6)
11
13 Ck
O II
10 8 -12х ^O^ 4-5
9 ' \ „
Из^ ЧСИ3 67
Выход 94%. Ткип = 100 оС (3 мм рт. ст.). Спектр ЯМР *Н, 5, м. д. (J, Гц): 1.3 (c, 3H,
С7Нз), 1.4 (c, 3H, С6Нз), 3.68-3.75 (дд, 1H, C4H,2J 6.1,3J 6.1, 3J 4.4), 4.00-4.05 (дд, 2H,C12H2, 2J 6.9), 4.11-4.17 (дд, 2H, C5H2, 2J 6.1, 3J 6.1), 4.30 (дд, 2H,C8H2 ,2J 4.4, 3J 6.1). ЯМР 13C, SC, м.д.: 25.21 (С7), 26.56 (С6), 40.66 (C12), 61.58 (C8), 63.66 (C4), 73.17 (C5), 109.93 (C2), 167.13 (C10). Масс-спектр m/e, (IomH, %): М+ нет, 193/195(40/8), 101(22), 77/79(18/4), 57(16), 43(100), 41(8).
(5-этил-1,3-диоксан-5-ил)метил хлораце-тат (8)
14
Ck
O
10
O8 < 12 3
3O^
Выход 93%. Ткип = 100 0C (3 мм рт. ст.). Спектр ЯМР *H, 5, м. д. (J, Гц): 0.72-0.78 (т, 3H, C12H2, 2J 7.7 3J 7.6), 1.18-1.26 (дд, 2H, C11H2, 2J 7.6 3J 7.7), 3.39-3.43 (д, 2H, C6H2, 2J 11.9), 3.75-3.79 (д, 2H, C4H2, 2J 11.7), 4.02 (д, 2H, C13H2, 2J 6.1 ), 4.29 (c, 2H, C7H2), 4.55 (д, 1H, C2H, 2J 6)-4.90(д, 1H, C2H, 2J 6). ЯМР 13C, Sc, м.д.: 6.79 (C12), 23.69 (C11), 36.55 (C5), 40.73 (C13), 65.32 (C7), 71.63 (C4+C6), 94.11 (C2), 167.04 (C9). Масс-спектр m/e, (IomH, %): М+ нет, 221/223 (3.5/1.5), 186 (8), 162 (12), 98 (34), 86 (100), 77/79 (30/16), 68 (100), 57 (18), 41/43 (50/30).
Смесь 1,3-диоксолан-4-илметилфенокси-ацетата и 1,3-диоксан-5-илфеноксиацетата (10a, 106)
в. .0! С
14^ "vf
" V
11 II
„а
4* - _
5 1 о Ьз 15^16
о-
J о
6\ /
1
Выход 80%, Cоотношение 10а: 106 = 1:2 (34% : 66%), Ткип = 172 °C (3 мм рт. ст.).
^ектр ЯМР 1H, S, м. д. (J, Гц): 3.54-3.84 (дд, C5H2, 2J 8.2 3J 7.2), 4.04 (дд, C4Hb 2J 7.2 3J 8.2 3J 4.1), 4.17 (д, C6H2, 2J 4.1, 3J 7.2), 4.61 (дд, C10H2, 2J 9.8), 4.84 (C2H2, 2J 6.3), 6.8-7.3(5H, Ph-). ЯМР 13C, Sc, м.д.:62.20 (C6), 65.07 (C10), 71.52 (C5), 74.60 (C4), 95.35 (C2), 114.56-129.59 (Ph-), 120.01 (C15), 157.40 (C12), 168.59 (C8). Масс-спектр m/e, (IomH, %): М+ 238 (18), 144 (100), 107 (60), 77 (72), 73 (20), 57 (16), 51 (14). ^ектр ЯМР *H, S, м. д. (J, Гц): 3.87 (д, C4'H2, 2J 15.5), 3.90 (д, C6'H2, 2J 15.5), 4.64 (дд, C10'H2, 2J 9.8), 4,71 (дд, C2'H2, 2J 6.4), 4.75 (д, C5'H, 2J 2.2 3J 15.5, 3J 15.5), 6.8-7.3 (5H, Ph-). ЯМР 13C, Sc, м.д.:57.20 (C5'), 66.47 (C10'), 66.74 (C4'+ C6'), 93.59 (C2'), 114.62-128.30 (Ph-), 119.60 (C15'), 157.40 (C12'), 168.90 (C8'). Масс-спектр m/e, (IomH, %): М+238(18), 144 (100), 107 (60), 86 (8), 77 (70), 57 (16), 51 (18).
Смесь 1,3-диоксолан-4-илметилфенокси-ацетата и 1,3-диоксан-5-илфеноксиацетата (11a, 116)
11 Ck
09 и
о
11 CL
+
10-^
о
"O»
7
— 5-
-4,
O
V /
-2 '
Выход 84%, ^отношение 11а и 116 = 1 : 4 (20% : 80%). Ткип = 93 0C (3 мм рт. ст.). ^ектр ЯМР *H, S, м. д. (J, Гц):3.84 (дд, C%, 2J 4.3, 3J 5.1), 4.03 (д, C6H2, 2J 5.9), 4.15 (д, C5H2, 2J 5.9), 4.20 (дд, C4H, 2J 5.1, 3J 4.3, 3J 5.9), 4.85 (д, C2H2, 2J 2.4). ЯМР 13C, Sc, м.д.: 41.05 (C10), 63.45 (C6), 72.94 (C4), 76.10 (C5), 94.73 (C2), 166.80 (C8). Crnrap ЯМР 1H, S, м. д. (J, Гц): 3.95 (д, 4H, C6'H4 2J 2.8), 4.12 (c. C10'H2), 4.74 (д, C2'H2, 2J 6.1), 4.92 (C5'H2, 2J 6.3, 3J 2.8, 3J 2.8). ЯМР 13C, Sc, м.д.: 40.84 (C10'), 63.11 (C5'), 68.08 (C4'+C6'), 93.65 (C2'), 167.02 (C8').
1
9
O 9'
13
1-
Литература
1. Шавшукова C-Ю., Швецов C.B., Злотский C.C. Cовременные промышленные гербициды. Получение и применение.— Уфа: ООО «Монография», 2011.— 64 с.
2. Гиниятуллина Э.Х., Раскильдина Г.З., Вильда-нова З.Р., Мусавирова Л. Р., Злотский C.C. Получение сложных эфиров гидрокси-1,3-диокса-циклоалканов // Баш. хим. ж.— 2011.— Т.18, №4.- C.80-86.
3. Яковенко Е.А., Булатова Ю.И., Миракян C-М., Валиев В.Ф., Борисова Ю.Г., Михайлова H.H., Раскильдина Г.З. Производные спир-
References
1. Shavshukova S.Yu., Shvetsov S.V., Zlotsky S.S. Sovremennye promyshlennye gerbitsidy. Poluchenie i primenenie [Modern industrial herbicides. Reception and application]. Ufa, Monographiya Publ., 2011, 64 p.
2. Giniyatullina E.Kh., Raskildina G.Z., Vildanova Z.R., Musavirova L.R., Zlotsky S.S. Polucheniye slozhnykh efirov gidroksi-1,3-dioksatsikloalkanov [Preparation of Esters of Hydroxy-1,3-dioxacyc-loalkanes].Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2011, vol.18, no.4, pp.80-86.
3. Yakovenko E.A., Bulatova Yu.I., Mirakyan S.M., Valiev V.F., Borisova Yu.G., Mikhailova N.N., Raskildina G.Z. Proizvodnyye spirtov i aminov, soderzhashchikh tsiklopropanovyy i tsikloatsetal'nyy fragment [Derivatives of alcohols and amines containing cyclopropane and cycloacetal fragment]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2017, vol.23, no.4, pp.94-98.
4. Melnikov N.N. Pestitsidy. Khimiya, tekhnolo-giya i primenenie [Pesticides. Chemistry, technology and application]. Moscow, Khimiya Publ., 1987, 712 p.
5. Raskildina G.Z., Valiev V.F., Sultanova R.M., Zlotsky S.S. Selektivnaya funktsionalizatsiya pervichnoy gidroksil'noy gruppy v triolakh [Selective Functionalization of the Primary Hydroxyl Group in Triols]. Zhurnal prikladnoi khimii [Journal of Applied Chemistry], 2015, vol.88, no.10, pp. 1414-1419.
6. Raskildina G.Z., Valiev V.F., Sultanova R.M., Zlotsky S.S. [Synthesis, structure, and transformations of cyclic glycerol formals]. Russian Chemical Bulletin, 2015, vol.64, no.9, pp.2095-2099.
тов и аминов, содержащих циклопропановый и циклоацетальный фрагмент // Баш. хим. ж.-2017.- Т.23, №4.- С. 94-98.
4. Мельников H.H. Пестициды. Химия, технология и применение.— М.: Химия, 1987.— 712 с.
5. Раскильдина Г.З., Валиев В.Ф., Султанова P.M., Злотский С.С. Селективная функциона-лизация первичной гидроксильной группы в триолах // ЖПХ.- 2015.- Т.88, вып.10.-С.1414-1419.
6. 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.- Вып.9.- С.2095-2099.
