CC BY
3
УДК 543.632.545+544.472.2+547.913.6 Б01: 10.33184/Ьи11ейп-Ъ8и-2022.2.13
СИНТЕЗ (-)-1,3,3-ТРИМЕТИЛ-2,2-БИСГИДРОПЕРОКСИНОРБОРНАНА © С. А. Грабовский*, Н. М. Андрияшина
Уфимский институт химии УФИЦ РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 69.
Тел.: +7 (347) 235 60 11.
*Email: stas_g@anrb.ru
Геминальные бисгидропероксиды являются прекурсорами для синтеза разных классов пе-роксидов, применяются в качестве инициаторов радикальных процессов, кроме того, они проявляют различные виды биологической активности. Наиболее интересен синтез гем-бисгидро-пероксидов на основе природных соединений, например, терпенов. В данной работе проведено изучение синтеза гем-бисгидропероксида на основе (-)-фенхона. По реакции 36% пероксида водорода с (-)-фенхоном в присутствии серной кислоты или привитой на силикагеле серной кислоты получен (-)-1,3,3-триметил-2,2-бисгидропероксинорборнан. Применение сернокислого силикагеля в качестве катализатора позволяет увеличить выход гем-дигидопероксида до 12%, по сравнению с гомогенным катализом серной кислотой.
Ключевые слова: пероксиды, синтез, пероксид водорода, фенхон.
Введение
Геминальные бисгидропероксиды известны более 80 лет [1-2]. Однако интерес к ним возрос в последние два десятилетия благодаря исследованиям российских ученых [3-4]. Оказалось, что эти соединения обладают рядом важных и интересных свойств. Они могут применяться в качестве инициаторов в процессах полимеризации [5-6], и являются биологически активными веществами, проявляющими противомикробную [7-8], противоопухолевую [9-10] и антипаразитарную активность [11-12]. Кроме того, они являются синтонами для получения других классов пероксидов, таких как тетра-оксаны [13-16], спиро-биспероксикетали [17-18], биспероксикетали [19] и 1,2,4,5-тетраоксацикло-алканы [20-21]. В настоящее время при создании фармакологических препаратов требуется использовать соединения, содержащие только один из оптических изомеров [22-24], что ставит перед химиками-синтетиками задачи по получению индивидуальных изомеров. Применение кислотного катализа при синтезе гем-дигидропероксидов - один из методов их получения [25]. Он не требует больших материальных затрат, как правило, характеризуется высоким выходом [26] и может найти применение в промышленности.
В настоящей работе был протестирован метод синтеза, основанный на взаимодействии оптически активного кетона - фенхона и пероксида водорода в присутствии серной кислоты и сернокислого силикагеля.
Методика эксперимента
Серная кислота (осч), силикагель 60 (40-63 мкм), хлорсульфоновая кислота (99%), (-)-фенхон (98%), гексан (осч), №2804 (хч), ДМСО^6 использовались без дополнительной очистки. Тетрагидрофуран (хч) хранили над №0Н и перегоняли непосредственно перед использованием.
Получение сернокислого силикагеля проводили при соотношении реагентов, предложенном ранее в работе [27]. В двугорлую колбу на 250 мл помещали 30 г силикагеля и в течение 30 мин прикапывали 11.7 г (6.7 мл, 0.1 моль) хлорсульфоновой кислоты, периодически встряхивая смесь (осторожно, выделяется хлороводород!). Полученную массу встряхивали еще 40 мин до прекращения выделения хлороводорода.
(-)-1,3,3-Триметил-2,2-бисгидропероксинор-борнан, бесцветное масло ЯМР 13С (ДМСО^), 8, м.д.: 20.8 (СН3-С1), 22.7 (эндо-СИэ-СЗ), 24.8 (экзо-СН3-СЗ), 25.9 (С5), 36.7 (С6), 38.5 (С7), 49.3 (С4), 54.9 (С1), 126.0 (С2). Найдено, %: С 59,42; И 9,01. С10Н18О4. Вычислено, %: С 59,39; И 8,97.
Метод 1 основан на ранее описанной методике [4]. В реакционную колбу объемом 250 мл поместили 40 мл свежеперегнанного тетрагидрофурана, 10.8 мл (131 ммоль) 36% Н2О2 и 0.51 мл (9.2 ммоль) концентрированной серной кислоты. При интенсивном перемешивании и температуре 15-20 °С прикапывали в течение 15 мин 2.0 г (13.1 ммоль) (-)-фен-хона. Реакционную массу перемешивали 26 ч. В полученный раствор добавили 160 мл СН2С12 и довели рН водной фазы до 7-8 насыщенным раствором МаНС03. Органический слой отделили, промыли водой 4 раза по 5 мл, высушили над №2804 и упарили на роторном испарителе. Продукты выделяли на колонке с силикагелем, элюент гексан - метил-трет-бутиловый эфир. Выделили 15 мг (0.074 ммоль) гем-дигидропероксида (выход 0.6%). Удельное вращение [а] а20 = -7°.
Метод 2 основан на методике из работы [28]. К смеси из 2.0 г (13.1 ммоль) (-)-фенхона и сернокислого силикагеля 1.32 г в 40 мл тетрагидрофурана добавили 10.8 мл (131 ммоль) 36% Н202. Реакционную массу перемешивали при комнатной температуре 26 ч. Смесь фильтровали для удаления катализатора, твердую фазу промывали этилацетатом 3*15 мл.
ISSN 1998-4812
Вестник Башкирского университета. 2022. Т. 27. №2
331
Объединенные фильтраты разбавляли водой (50 мл) и экстрагировали этилацетатом (3*50 мл). Экстракты сушили сульфатом натрия, растворитель удаляли на роторном испарителе. Продукты выделяли колоночной хроматографией на силикагеле, элюент гексан - метил-трет-бутиловый эфир. Выделили 0.31 г (1.5 ммоль) гем-дигидропероксида (выход 12%). Удельное вращение [а]а20 = -7°.
Результаты и их обсуждение
Кислотно-катализируемое присоединение пе-роксида водорода проводили на примере природного кетона - (-)-фенхона (1). В качестве катализатора использовали свободную серную кислоту и привитую на силикагеле [27]. Модификацию поверхности силикагеля проводили по реакции гид-роксильных групп и хлорсульфоновой кислоты (рис. 1). Применение модифицированного таким образом силикагеля позволяет проводить различные реакции [28-34].
1--OH + C1—SO3H
■ HCl
--OSO3H
Рис. 1. Модификация поверхности силикагеля.
Взаимодействие кетона и пероксида водорода (36%) в присутствии серной кислоты и сернокислого силикагеля приводит к образованию ге. -ди-гидропероксида 2. В присутствии серной кислоты выход ге. -дигидропероксида при времени синтеза 26 ч не превышает 1%. Использование сернокислого силикагеля в качестве катализатора позволяет увеличить выход целевого продукта до 12% (рис. 2).
+ 2H2O2
O
OOH OOH
Рис. 2. Синтез (-)-1,3,3-триметил-2,2-бисгидро пероксинорборнана из (-)-фенхона.
Образование ге. -дигидопероксида характере-зуется невысоким выходом, в то время как для других субстратов, таких как адамантанон и циклогек-санон, выход продуктов в аналогичных условиях более 90% [26; 34]. По-видимому, метильные группы в положении 1-, 3- и метиленовый мостик между первым и четвертым атомом углерода фенхона создают стерические затруднения для протекания реакции.
Выводы
Использование сернокислого силикагеля позволяет увеличить выход ге. -дигидопероксида до 12%, по сравнению с гомогенным катализом серной
кислотой. Кроме того, использование твердого катализатора упрощает проведение процесса, т.к. не требуются нейтрализация кислоты и проведение процедуры экстракции пероксида из водного раствора (гем-дигидропероксиды Сэ-Сю, как правило, растворимы в воде).
Работа выполнена в рамках научно-исследовательских работ Уфимского института химии УФИЦ РАН (№ Госрегистрации 122031400201-0) с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Химия» УфИХ УФИЦ РАН.
ЛИТЕРАТУРА
The Chemistry of Peroxides / Ed. J. F. Liebman, A. Greer, Ho-boken, New Jersey: Wiley, 2014. V. 3. Pp. 149-175. Wittig, G., Pieper, G. // Ber. Dtsch. Chem. Ges. B. 1940. V. 73. No. 4. P. 295-297.
Terent'ev A. O., Kutkin A. V., Platonov M. M., Ogibin Y. N., Nikishin, G. I. // Tetrahedron Lett. 2003. V. 44. No. 39. P. 7359-7363. Terent'ev A. O., Platonov M. M., Ogibin Y. N., Nikishin G. I. // Synth. Commun. 2007. V. 37. No. 8. P. 1281-1287. Sheppard C. S., Kamath V. R. // Polym. Eng. Sci. 1979. V. 19. No. 9. P. 597-606.
Li X., Koseki H., Iwata Y., Mok Y.-S. // J. Loss Prev. Process Ind. 2004. V. 17. No. 1. P. 23-28. Kitis M. // Environ. Int. 2004. V. 30. No. 1. P. 47-55. Luukkonen T., Pehkonen S. O. // Crit. Rev. Environ. Sci. Tech-nol. 2017. V. 47. No. 1. P. 1-39.
Chaturvedi D., Goswami A., Saikia P. P., Barua N. C., Rao P. G. // Chem. Soc. Rev. 2010. V. 39. No. 2. P. 435-454. Dembitsky V. M. // Eur. J. Med. Chem. 2008. V. 43. No. 2. P. 223-251.
Panic G., Duthaler U., Speich B., Keiser J. // Int. J. Parasitol.: Drugs Drug Resist. 2014. V. 4. No. 3. P. 185-200. Muraleedharan K. M., Avery M. A. // Drug Discovery Today 2009. V. 14. No. 15-16. P. 793-803. Dong Y. // Mini-Rev. Med. Chem. 2002. V. 2. No. 2. Pp. 113-123. Terent'ev A. O., Kutkin A. V., Starikova Z. A., Antipin M. Y., Ogibin Y. N., Nikishina G. I. // Synthesis. 2004. No. 14. Pp. 2356-2366.
Amewu R., Stachulski A. V., Ward S. A., Berry N. G., Bray P. G., Davies J., Labat G., Vivas L., O'Neill P. M. // Org. Biomol. Chem. 2006. V. 4. No. 24. Pp. 4431-4436. Terent'ev A. O., Platonov M. M., Tursina A. I., Chernyshev V. V., Nikishin G. I. // J. Org. Chem. 2008. V. 73. No. 8. Pp. 3169-3174. Ghorai P., Dussault P. H., Hu C. // Org. Lett. 2008. V. 10. No. 12. Pp. 2401-2404.
Zhang Q., Li Y., Wu Y.-K. // Chin. J. Chem. 2007. V. 25. No. 9. P.1304-1308.
Hamada Y., Tokuhara H., Masuyama A., Nojima M., Kim H. S., Ono K., Ogura N., Wataya Y. // J. Med. Chem. 2002. V. 45. No. 6. Pp. 1374-1378.
Kim H-S., Nagai Y., Ono K., Begum K., Wataya Y., Hamada Y., Tsuchiya K., Masuyama A., Nojima M., McCullough K. J. // J. Med. Chem. 2001. V. 44. No. 14. Pp. 2357-2361. Masuyama A., Wu J.-M., Nojima M., Kim H.-S., Wataya Y. // Mini-Rev. Med. Chem. 2005. V. 5. No. 11. Pp. 1035-1043. Баринов А. Н., Махинов К. А., Щербоносова Т. А. // Эффективная фармакотерапия. Неврология. 2016. Т. 36. №5. С. 6-12. Brown J. M., Davies S. G. // Nature. 1989. V. 342. No. 6250. P. 631-636.
Scarpignato C., Bianchi Porro G. // Prog. Basic Clin. Pharmacol. Updated Reprint. 2004. V. 11. P. 209-246. Bunge A., Hamann H.-J., McCalmont E., Liebscher J. // Tetrahedron Lett. 2009. V. 50. No. 32. P. 4629-4632.
10. 11. 12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26. Vil' V. A., Bityukov O. V., Terent'ev A. O. // Science of Synthesis: Knowledge Updates / Eds. Jiang, X.; Paquin, J.-F., Terent'ev, A.; Wang, M. Eds.; Stuttgart: George Thieme Verlag, 2019. V. 3. Pp. 383-431.
27. Zolfigol M. A. // Tetrahedron. 2001. V. 57. No. 46. P. 9509-9511.
28. Pramanik A., Bhar S. // New J. Chem. 2021. V. 45. No. 36. Pp.16355-16388.
29. Uppalapati D. S., Dachuru R. S. R., Sunkara S. V. // J. Hetero-cycl. Chem. 2021. V. 58. No. 8. P. 1695-1699.
30. Harsha K. B., Kavitha C. V., Swaroop T. R., Rangappa S., Rangappa K. S. // Asian J. Chem. 2021. V. 33. No. 5. Pp. 1006-1012.
31. Zhimomi B. K., Imchen P., Thurr M., Lensayula, Tumtin S., Phucho T. // Indian J. Chem. Sect. B. 2021. V. 60 B. No. 4. Pp. 598-604.
32. Shaker Ardakani L., Mosslemin M. H., Hassanabadi A., Hashe-mian S. // Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 2021. V. 196. No. 11. Pp. 1004-1009.
33. Uppalapati D. S., Dachuru R. S. R., Sunkara S. V. // Heterocy-cles. 2021. V. 102. No. 7. Pp. 1402-1411.
34. Azarifar D., Najminejad Z., Khosravi K. // Synth. Comm. 2013. V. 43. No. 6. P. 826-836.
Поступила в редакцию 29.05.2022 г.
ISSN 1998-4812
BecTHHK EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2022. T. 27. №2
333
DOI: 10.33184/bulletin-bsu-2022.2.13
SYNTHESIS OF (-)-1,3,3-TRIMETHYL-2,2-BISHYDROPEROXINORBORNANE
© S. A. Grabovskii*, N. M. Andrijashina
Ufa Institute of Chemistry, Ufa Federal Research Centre ofRAS 69 Oktyabrya Avenue, 450054 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
Phone: +7 (347) 235 60 11.
*Email: stas_g@anrb.ru
Geminal bishydroperoxides have been known for more than 80 years. However, interest in them has increased in the last two decades. It turned out that these compounds have a number of important and interesting properties. They can be used as initiators in polymerization processes and are biologically active substances exhibiting antimicrobial, antitumor, and antiparasitic activity. In addition, they are synthons for obtaining other classes of peroxides, such as tetraoxanes, spirobisperoxyketals, bisperoxyketals, and 1,2,4,5-tetraoxacyclo-alkanes. Currently, when creating pharmacological preparations, it is required to use compounds containing only one of the optical isomers, which poses the challenge for synthetic chemists to obtain individual isomers. The use of acid catalysis in the synthesis of gem dihy-droperoxides is one of the methods for their preparation. It does not require large material costs, as a rule, it is characterized by a high yield and can be used in industry. In this work, we tested a synthesis method based on the interaction of an optically active ketone, (-)-fen-chone, and hydrogen peroxide in the presence of sulfuric acid and silica sulfuric acid. In the presence of sulfuric acid, the yield of gem-dihydroperoxide at a synthesis time of 26 hours does not exceed 1%. The use of silica sulfuric acid as a catalyst makes it possible to increase the yield of the target product up to 12%. The formation of the gem-dihydroperoxide is characterized by a low yield, while for other substrates, such as adamantanone and cyclohexa-none, the yield of products is more than 90% under similar conditions. Apparently, methyl groups in positions 1-, 3- and a methylene bridge between the first and fourth carbon atoms of fenchone make steric hindrances for the reaction.
Keywords: peroxides, synthesis, hydrogen peroxide, fenchone.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.
REFERENCES
1. The Chemistry of Peroxides. Ed. J. F. Liebman, A. Greer, Hoboken, New Jersey: Wiley, 2014. Vol. 3. Pp. 149-175.
2. Wittig, G., Pieper, G. Ber. Dtsch. Chem. Ges. B. 1940. Vol. 73. No. 4. Pp. 295-297.
3. Terent'ev A. O., Kutkin A. V., Platonov M. M., Ogibin Y. N., Nikishin, G. I. Tetrahedron Lett. 2003. Vol. 44. No. 39. Pp. 7359-7363.
4. Terent'ev A. O., Platonov M. M., Ogibin Y. N., Nikishin G. I. Synth. Commun. 2007. Vol. 37. No. 8. Pp. 1281-1287.
5. Sheppard C. S., Kamath V. R. Polym. Eng. Sci. 1979. Vol. 19. No. 9. Pp. 597-606.
6. Li X., Koseki H., Iwata Y., Mok Y.-S. J. Loss Prev. Process Ind. 2004. Vol. 17. No. 1. Pp. 23-28.
7. Kitis M. Environ. Int. 2004. Vol. 30. No. 1. Pp. 47-55.
8. Luukkonen T., Pehkonen S. O. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2017. Vol. 47. No. 1. Pp. 1-39.
9. Chaturvedi D., Goswami A., Saikia P. P., Barua N. C., Rao P. G. Chem. Soc. Rev. 2010. Vol. 39. No. 2. Pp. 435-454.
10. Dembitsky V. M. Eur. J. Med. Chem. 2008. Vol. 43. No. 2. Pp. 223-251.
11. Panic G., Duthaler U., Speich B., Keiser J. Int. J. Parasitol.: Drugs Drug Resist. 2014. Vol. 4. No. 3. Pp. 185-200.
12. Muraleedharan K. M., Avery M. A. Drug Discovery Today 2009. Vol. 14. No. 15-16. Pp. 793-803.
13. Dong Y. Mini-Rev. Med. Chem. 2002. Vol. 2. No. 2. Pp. 113-123.
14. Terent'ev A. O., Kutkin A. V., Starikova Z. A., Antipin M. Y., Ogibin Y. N., Nikishina G. I. Synthesis. 2004. No. 14. Pp. 2356-2366.
15. Amewu R., Stachulski A. V., Ward S. A., Berry N. G., Bray P. G., Davies J., Labat G., Vivas L., O'Neill P. M. Org. Biomol. Chem. 2006. Vol. 4. No. 24. Pp. 4431-4436.
16. Terent'ev A. O., Platonov M. M., Tursina A. I., Chernyshev V. V., Nikishin G. I. J. Org. Chem. 2008. Vol. 73. No. 8. Pp. 3169-3174.
17. Ghorai P., Dussault P. H., Hu C. Org. Lett. 2008. Vol. 10. No. 12. Pp. 2401-2404.
18. Zhang Q., Li Y., Wu Y.-K. Chin. J. Chem. 2007. Vol. 25. No. 9. Pp. 1304-1308.
19. Hamada Y., Tokuhara H., Masuyama A., Nojima M., Kim H. S., Ono K., Ogura N., Wataya Y. J. Med. Chem. 2002. Vol. 45. No. 6. Pp. 1374-1378.
20. Kim H-S., Nagai Y., Ono K., Begum K., Wataya Y., Hamada Y., Tsuchiya K., Masuyama A., Nojima M., McCullough K. J. J. Med. Chem. 2001. Vol. 44. No. 14. Pp. 2357-2361.
21. Masuyama A., Wu J.-M., Nojima M., Kim H.-S., Wataya Y. Mini-Rev. Med. Chem. 2005. Vol. 5. No. 11. Pp. 1035-1043.
22. Barinov A. N., Makhinov K. A. Effektivnaya farmakoterapiya. Nevrologiya. 2016. Vol. 36. No. 5. Pp. 6-12.
23. Brown J. M., Davies S. G. Nature. 1989. Vol. 342. No. 6250. Pp. 631-636.
24. Scarpignato C., Bianchi Porro G. Prog. Basic Clin. Pharmacol. Updated Reprint. 2004. Vol. 11. Pp. 209-246.
25. Bunge A., Hamann H.-J., McCalmont E., Liebscher J. Tetrahedron Lett. 2009. Vol. 50. No. 32. Pp. 4629-4632.
26. Vil' V. A., Bityukov O. V., Terent'ev A. O. Science of Synthesis: Knowledge Updates / Eds. Jiang, X.; Paquin, J.-F., Terent'ev, A.; Wang, M. Eds.; Stuttgart: George Thieme Verlag, 2019. Vol. 3. Pp. 383-431.
27. Zolfigol M. A. Tetrahedron. 2001. Vol. 57. No. 46. Pp. 9509-9511.
28. Pramanik A., Bhar S. New J. Chem. 2021. Vol. 45. No. 36. Pp. 16355-16388.
29. Uppalapati D. S., Dachuru R. S. R., Sunkara S. V. J. Heterocycl. Chem. 2021. Vol. 58. No. 8. Pp. 1695-1699.
30. Harsha K. B., Kavitha C. V., Swaroop T. R., Rangappa S., Rangappa K. S. Asian J. Chem. 2021. Vol. 33. No. 5. Pp. 1006-1012.
31. Zhimomi B. K., Imchen P., Thurr M. Indian J. Chem. Sect. B. 2021. Vol. 60 B. No. 4. Pp. 598-604.
32. Shaker Ardakani L., Mosslemin M. H., Hassanabadi A., Hashemian S. Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 2021. Vol. 196. No. 11. Pp. 1004-1009.
33. Uppalapati D. S., Dachuru R. S. R., Sunkara S. V. Heterocycles. 2021. Vol. 102. No. 7. Pp. 1402-1411.
34. Azarifar D., Najminejad Z., Khosravi K. Synth. Comm. 2013. Vol. 43. No. 6. Pp. 826-836.
Received 29.05.2022.
