Реакции 1,1и 1,2-дигалогеналканов с замещенными фенолами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.631.4

А. А. Богомазова (асп.)1, Р. В. Кунакова (чл.-корр. АН РБ, д.х.н., проф.)1, С. С. Злотский (чл.-корр. АН РБ, д.х.н., проф.)2

Реакции 1,1- и 1,2-дигалогеналканов с замещенными фенолами

1 Уфимская государственная академия экономики и сервиса

кафедра специальной химической технологии 450077, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145; тел. (347) 2524922 2Уфимский государственный нефтяной технический университет кафедра общей и аналитической химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2420854, e-mail: [email protected]

A. A. Bogomazova1, R. V. Kunakova1, S. S. Zlotsky2

Reaction of 1,1- and 1,2-dihalogenalcanes with substituted phenols

Ufa State Academy of Economy and Service 145, Chernyshevskogo Str, 450077, Ufa, Russia; ph. (347) 2524922 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347)2420854, e-mail: [email protected]

Изучена реакция 1,2-дигалогенэтанов с фенолом в присутствии щелочных катализаторов. Показано, что О-алкилирование протекает последовательно по каждому атому галогена, и С—Вг связь на порядок активнее связи С—С1. Методом конкурентной кинетики оценена относительная активность ароматических спиртов в реакции с дибромметаном.

Ключевые слова: бензо-1,3-диоксацикланы; дигалогеналканы; замещенные фенолы.

Замещенные 1,1- и 1,2-диаллилоксиалка-ны представляют интерес в качестве растворителей, мономеров и полупродуктов. Их циклические аналоги — бензо-1,3- и 1,4-диокса-циклоалканы — обладают биологической активностью и используются для получения фармацевтических и лекарственных препаратов 1. Эти соединения легко образуются при конденсации 1,1- и 1,2-дигалогеналканов с фенолами, 2-оксифенолом (пирокатехином) 2

и его производными 2.

Мы изучили реакцию дигалогенметанов 1а,б и 1,2-дигалогенэтанов 2а-в с фенолами 3а,б, пирокатехинами 4а-в и 1,2-диоксинафта-лином 5.

Фенолы 3а,б реагируют с дигалогенмета-нами 1а,б с образованием соответствующих диарилоксиметанов 6а,б.

XX

3а,б

OH

+ CH2X2

1а,б

RR

6а,б

Х = Cl (1a); X = Br (1б) R = H (3a, 6a) R = трет.-С4Н9 (3б, 6б)

The reaction of 1,2-dihalogenethanes with phenol in the presence of alkaline catalysts is studied. It is revealed that O-alkylation is passed successive on each halogen atom, and C-Br link is active on one order than C-Cl.

Key words: benzo-1,3-dioxacyclanes; dihalo-genalcanes; substituted phenols.

Как выяснилось, хлористый метилен 1а в условиях наших опытов реагирует с фенолами (табл. 1) с количественным выходом за 4 ч при 40 оС в ДМСО под действием твердой щелочи и ТЭБАХ в качестве межфазного катализатора (выходы 6а и 6б — 90 и 88%). Для количественного (табл. 1) превращения дибромме-тана 1б применения межфазного катализатора не требуется (ДМСО, тв. №ОН, 70 оС).

Бензо-1,3-диоксоланы с различной степенью замещения получены из дихлорида 1а и пирокатехинов 4а—в с высокими выходами (88—90 %) за 2 ч в условиях межфазного катализа (табл. 1).

OH

Rxx

Rj^OH

4а,б,в

1а,б

U

7а,б,в

Дата поступления 05.05.10

R1 = R2 = H (4з, 7a)

R1 = И, R2 = трет.-С4Н9 (4б, 7б)

R1 = трет. -С4Н9, R2 = И (4в, 7в)

Использование дибромметана 1б позволяет получать целевые соединения 7а—в за 1—2 ч с высокими ввходами без МФК (табл. 1).

R

O

O

R

R

Взаимодействие спиртов с дигалогенметанами

Условия реакции:

Система А - Мольное соотношение Ы:СН2С12:Ыа0Н:ТЭБАХ=0.1:0.08:0.15:0.007, 130 мл ДМСО, 40 оС; Система В - Мольное соотношение М:СН2Бг2:Ма0Н=0.1:0.08:0.15, 130 мл ДМСО, 70 оС; Система С - Мольное соотношение М:СН2С12:Ма0Н:ТЭБАХ=0.2:0.08:0.3:0.007, 260 мл ДМСО, 40 оС; Система О — Мольное соотношение Ы:СН2Бт2:Ыа0Н= 0.2:0.08:0.3, 260 мл ДМСО, 70 оС.

Реагенты

N

СН2Х2

Продукт

Условия реакции

Время реакции,ч

Выход, %

С1

4а

Вг

А

7а

88

95

Н3С

С1

4б

Вг

А

7б

90

98

Н3С. Н3С

С1

Вг

4в

НэС. НзС

А

7в

90

97

ОН ОН

5

С1

Вг

А

60

90

С1

Вг

А

10

39

86

С1

3а

Вг

6а

90

89

С1

Вг

НС

3б

6б

88

94

ОН

2

ОН

В

ОН

2

ОН

В

Н,С

СН

3

СН

О

2

ОН

О

ОН

НяС

СН

Н3С

СН3

В

1

СН

СН

4

В

3

8

ОН

6

В

4

9

ОН

С

4

о

2

СН

СН

СН

Н3С

СН3

Н^С

СН

С

4

ОН

СН

о

3

Н3С

СН

НС

СН3

Отметим, что в случае использования 1,2-диоксинафталина 5 в реакции с дихлоридом 1а выход соответствующего диоксолана 8 не превышает 60% (4 ч), тогда как использование дибромида 1б позволяет уже через 3 ч получить целевое соединение 8 с выходом 90% (табл. 1).

2-Оксиметилфенол (салициловый спирт) 9 реагирует с реагентом 1а с образованием бен-зо-1,3-диоксана 10 с выходом менее 40%, а использование дибромида 1б приводит к тому же соединению с выходом 86% (табл. 1).

Мы оценили относительную активность пирокатехинов 4а-в в реакции с диброммета-ном 1б и нашли, что введение двух групп трет.-С4Н увеличивает активность, тогда как 1,2-диоксинафталин 5 в 3 раза менее ре-акционноспособен, чем соединение 4а (табл. 2).

Бензо-1,3-диоксолан 7а образуется в 4 раза быстрее, чем бензо-1,3-диоксан 10, а циклизация протекает в 5 раз быстрее, чем образование дифеноксиметана 6а.

Фенол 3а последовательно замещает атомы галогенов в 1,2-дигалоидпроизводных 2а-в (схема реакции). Количественный выход 2-фе-

Относительная активность спиртов в реакции с дибромметаном

(Мольное соотношение А : В : СН2Вг2 : ЫаОН = 0,1 : 0,1(0,2)* : 0,16 : 0,5, 260 мл ДМСО, Т = 70 0С)

Реагенты

А

4б

4в

4а

4а

4а

4а

4а

3а

Продукты

>

)

7б

7в

7а

7а

7а

7а

7а

10

6а

Относительная активность А/В

1/1

2/1

3/1

4/1

5/1

В

ОН

ОН

НС

НС

СН

СН

НзС

ОН

ОН

СН

ОН

ОН

5

8

ОН

ОН

ОН

9

ОН

ОН

ОН

ноксигалоидэтанов 11а,б достигается за 8 ч (замена хлора в 1,2-дихлорэтане 2а) и за 6 ч (замена брома в 1,2-дибром- и 1-бром-2-хлорэ-танах — 2б и 2в соответственно).

Из сравнения результатов превращений дигалогенидов 2б и 2в следует, что в 1-бром-2-хлорэтане 2в реакция идет с высокой селективностью по атому брома (табл. 3).

Таблица 3

О-Алкилирование фенола 1,2-дигалогенэтанами

(Мольное соотношение: фенол : 1,2-дигалогенэтан : Ыа2СО3 = 0.1 : 0.12 : 0.15, 10 мл глицерина, Т = 80 0С)

Реагент

С1 С1

2а

Вг Вг 2б

Вг С1

2в

Продукт

11а

11 б

11а

11б

Время реакции, ч

6

Выход,

%

66

90

64

94

59

82

следы

5

Судя по выходам продуктов 11а и 11б, образующихся из несимметричного дигалогенида 2в, бром замещается на феноксигруппу на порядок быстрее, чем хлор (табл.4).

Таблица 4 Относительная активность 1,2-дигалогеналканов

(Мольное соотношение: фенол : дигалогеналкан А : дигалогеналкан В : Ыа2СО3 = 0.03 : 0.1 : 0.1 : 0.035; Т = 80 оС, 8 мл глицерина)

Исходная Относительная

система Продукты активность

А В А/В

2б 2а 11 б 11а 15/1

2б 2в 11 б 11а 2/1

На последовательный характер отщепления галогенов в 1,2-дибромэтане 2б указывает типичный характер кинетических кривых расходования реагента 2б и накопления продуктов 11б и 12 (рис. 1).

100 80 60 40 20 0

Время, ч

Рис. 1. О-Алкилирование фенола 1,2-дибромэтаном

(0.1 моль 1,2-дибромэтан; 0.2 моль фенола; 0.3 моль Na2COз; Т = 80 "С; 10 мл глицерина)

Величины удельных констант скоростей убыли (к1 и к2) дибромида 2б и монобромида

О

С1

8

О

4

Вг

6

О

4

С1

6

О

4

6

Х=У=Бг,С1

Х=Бг,У=С1

РЬОСН2СН2Х -

11а,б

РЬОСН2СН2Х+РЬОСН2СН2У

РЬОН

(РЬОСН^ 12

11б

11а

I | РЬОН X У

2а,б,в

Схема реакции

11б указывают на то, что реакция протекает независимо по каждому атому брома и активность определяется количеством реакционных центров в молекуле (к1=0.73, к2=0.37).

Экспериментальная часть

Хроматографический анализ продуктов реакции проводили на хроматографе «СЬгот-5» с пламенно-ионизационным детектором, газ-носитель — гелий, расход 1.5 л/ч, колонка длиной 4.5 м, с 5% БЕ-30 на носителе СЬгошаЬп Ы-А". Спектры ЯМР 1Н регистрировали на спектрометре «Вгикег АМ-300» (300.3 МГц). Химические сдвиги приведены в шкале й (м.д.) относительно ТМС как внутреннего стандарта.

Методика взаимодействия замещенных фенолов с дигалогенметанами. Образование ациклических ацеталей. 0.2 моль замещенного фенола, 0.3 моль тв. ЫаОН, 0.007 моль ТЭБАХ (при конденсации с СН2С12) и 260 мл ДМСО интенсивно перемешивали в течение 1 ч при 70 оС (40 оС в реакции взаимодействия с СН2С12). К полученному раствору добавляли 0.08 моль дигалогенметана. По окончании реакции реакционную массу нейтрализовали водным раствором кислоты и экстрагировали толуолом. Растворитель отгоняли при атмосферном давлении, продукт подвергали вакуумной разгонке.

Дифеноксиметан (6а). Ткип. 95 оС (1 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1Н (CDC13, ,8, м. д.): 5.75 (с, 2Н, О-СН2-О); 7.0-7.45 (м, 10Н, РЬ).

2,4-ди-трет.-бутил-феноксиметан (6б). Тпл. 74 оС. Спектр ЯМР 1Н (CDC13, 8, м. д.): 5.7 (с, 2Н, О-СН2-О); 1.35 (т, 9Н, трет.-С4Н9); 1.48 (т, 9Н, трет.-С4Н9); 7.3 (м, 4Н, РЬ).

Образование циклических ацеталей. 0.1 моль замещенного фенола, 0.15 моль тв. ЫаОН (0.007 моль ТЭБАХ при конденсации с хлористым метиленом) и 130 мл ДМСО интенсивно перемешивали при 70 оС (40 оС в реакции с дихлорметаном) в течение 1 ч. К полученному раствору добавляли 0.08 моль ди-бромметана. По окончании реакции реакционную массу нейтрализовали водным раствором кислоты и экстрагировали толуолом. Раство-

ритель отгоняли при атмосферном давлении. Продукт подвергали вакуумной разгонке.

Физико-химические константы, ПМР-спектры и масс-спектры соединений — 7а и 10 соответствуют литературным данным 3.

5-трет.-бутил-1,3-бензодиоксолан (7б). Ткип. 74—76 оС (3 мм рт. ст.). Спектр ЯМР (CDC13, 8, м. д.): 5.8 (с, 2Н, О-СН2-О); 1.30 (т, 9Н, трет.-С4Н9); 6.8 (м, 3Н, РЬ).

4,6-ди-трет. -бутил-1,3-бензодиоксолан 7в. Ткип. 80 оС (1 мм рт. ст.). Спектр ЯМР ^С13, 8, м. д.): 5.8 (с, 2Н, О-СН2-О); 1.29 (т, 9Н, трет.-С4Н9); 1.36 (т, 9Н, трет.-С4Н9); 6.8 (м, 2Н, РЬ).

Нафто-1,3-диоксолан (8). Тпл. 99 оС. Спектр ЯМР №С13, 8, м. д.): 6.1 (с, 2Н, О-СН2-О); 7.5 (м, 6Н, РЬ).

Методика взаимодействия фенола с 1,2-дигалогенэтанами: Смесь 0.1 моль фенола (0.2 моль фенола при образовании продукта 12), 0.1 моль 1,2-дигалогенэтана, 0.2 (0.3 моль Ыа2СО3 при образовании продукта 12) моль Ыа2СО3 и 10 мл глицерина тщательно перемешивали и нагревали при 80 оС. После завершения реакции реакционную массу охлаждали до комнатной температуры и при перемешивании добавляли воды. Полученный раствор экстрагировали хлороформом. Экстракт высушивали над прокаленным MgSO4, отгоняли растворитель и остаток перегоняли в вакууме.

2-хлорэтилфениловый эфир 11а. Ткип. 55 оС (2 мм рт. ст.). Спектр ЯМР (CDC13, 8, м. д.): 3.75 (т, 2Н, СН2-С1), 4.25 (т, 2Н, СН2-О), 6.8—7.4 (м, 5Н, РЬ).

2-бромэтилфениловый эфир (11б). Ткип. 70 оС (2 мм рт. ст.). Спектр ЯМР (CDC13, 8, м. д.): 3.6 (т, 2Н, СН2-Вг), 4.3 (т, 2Н, СН2-О), 6.8—7.4 (м, 5Н, РЬ).

Дифеноксиэтан (12). Ткип. 110 оС (2 мм рт. ст.). Спектр ЯМР №С13, 8, м. д.): 4.35 (с, 4СН2, О-СН2-СН2-О); 6.9—7.4 (м, 10Н, РЬ).

Литература

1. Рахманкулов Д. Л., Зорин В. В., Латыпова Ф. Н., Мусавиров Р. С., Сираева И., Н. Методы синтеза 1,3-дигетероаналогов циклоалканов. — Уфа: Реактив, 1998.— С. 52.

2. Богомазова А. А., Тимофеева С. А., Злотский С. С. // Баш. хим. ж.— 2009.— Т.16, №2.— С. 89.