Синтез 2-бутил-1-галоген-1-циклопропанкарбоновых кислот Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.712.:547.124

А. А. Загидуллин (асп.), А. В. Зорин (к.х.н., с.н.с.), В. В. Зорин (д.х.н., проф., член-корр. АН РБ, зав. каф.)

Синтез 2-бутил-1-галоген-1-циклопропанкарбоновых кислот

Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2431935, e-mail: bio2@rusoil.net

A. A. Zagidullin, A. V. Zorin, V. V. Zorin

Synthesis of 2-butyl-1-halogencyclopropanecarboxylic acids

Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2431935, e-mail: bio2@rusoil.net

Реакцией гексена-1 с хлороформом (или бромо-формом) в двухфазной системе галоформ—вода/ ЫаОН получены 2-бутил-1,1-дихлор- и 2-бутил-1,1-дибромциклопропаны. При взаимодействии синтезированных гем-дигалогенциклопропанов с н-бутиллитием в тетрагидрофуране в атмосфере аргона при температуре (—75)—(—60) оС в течение 10—15 мин и последующем пропускании через реакционную смесь осушенного углекислого газа при —75 оС в течение 2 ч образуются 2-бу-тил-1-хлорциклопропанкарбоновая или 1-бром-2-бутилциклопропанкарбоновая кислоты с выходами 48% и 45% соответственно.

Ключевые слова: 2-бутил-1-хлорциклопропан-карбоновая кислота; 1-бром-2-бутилциклопропан-карбоновая кислота; и-бутиллитий; гем-дигало-генциклопропаны; карбоксилирование.

2-Butyl-1,1-dichlorocyclopropane and 1,1-dibro-mo-2-butylcyclopropane were synthesized by the reaction of 1-hexene with chloroform (or bromo-form) in two-phase system galoform—water/ NaOH. The interaction of synthetic gem-dihalogencyclopropanes in THF under an argon atmosphere at a temperature of (—75)—(—60) oC with n-butyllithium in 10—15 minutes and then passed through the reaction mixture was dried carbon dioxide at —75 oC for 2 h formed 2-butyl-

1-chlorocyclopropanecarboxylic acid or 1-bromo-

2-butylcyclopropanecarboxylic acid in yields 48% and 45% respectively.

Key words: 2-butyl-1-chlorocyclopropanecarbo-xylic acid; 1-bromo-2-butylcyclopropanecarboxylic acid; gem-dihalogencyclopropane; n-butylli-thium; carboxylation.

1-Галоген-1-циклопропанкарбоновые кислоты используются в качестве промежуточных продуктов в синтезе таксолоподобных соединений 1. Известно 2, что при реакции гел-дих-лор- и гел-дибромциклопропанов с н-бутил-литием образуются 1-галоген-1-литийцик-лопропаны, карбоксилирование которых углекислым газом приводит к 1-галоген-1-цикло-пропанкарбоновым кислотам.

1-Галоген-1-литийциклопропаны являются карбеноидами, которые устойчивы только при пониженных температурах 3.

При наличии во втором положении цик-лопропанового кольца алкильного заместителя возможно образование стереоизомерных цис-и транс-циклопропанкарбоновых кислот.

Нами исследовано влияние природы галогена на выходы и стереохимию 2-бутил-1-гало-генциклопропанкарбоновых кислот, образую-

Дата поступления 30.03.12

щихся из 2-бутил-1,1-дихлор- и 2-бутил-1,1-дибромциклопропанов.

Реакцией гексена-1 с хлороформом (или бромоформом) в двухфазной системе гало-форм—вода/ЫаОН получены 2-бутил-1,1-ди-хлор- и 2-бутил-1,1-дибромциклопропаны 1 и 2 с выходами 87% и 83% соответственно.

Hlg Hlg 1, 2

Hlg=Cl (1), Hlg=Br (2)

BuLi

Hlg Hlg

CO2

1, 2

Hlg Li 4a, 5a

4b, 5b 4, 5

Hlg=Cl (1, 4, 4a, 4b), Hlg=Br (2, 5, 5a, 5b)

Установлено, что при взаимодействии гел-дигалогенциклопропанов 1 или 2 с н-бу-тиллитием 3 в тетрагидрофуране в атмосфере аргона при температуре (—75)—(—60) оС и мольном соотношении реагентов 1 или 2 : 3 равном 1 : 1.1 в течение 15 (или 10) мин и последующем пропускании через реакционную смесь осушенного углекислого газа при —75 оС в течение 2 ч образуются 2-бутил-1-хлор-1-циклопропанкарбоновая (4) или 1-бром-2-бу-тил-1-циклопропанкарбоновая (5) кислоты с выходами 48% и 45% соответственно.

В результате хроматографического и хро-матомасс-спектрометрического исследования установлено, что соединение 4 представляет собой смесь цис- и транс- изомерных кислот в соотношении цис/транс 1:43. В случае кислоты 5 стереоспецифично образуется один изомер. Отнесение преимущественно образующегося изомера к транс-конфигурации было сделано на основании анализа литературных данных, касающихся замещения атома галогена в 2-замещенных гел-дигалогенциклопропа-нах 4-6, где на ряде примеров показано, что атака осуществляется преимущественно на атом галогена, находящийся в транс-конфигурации относительно заместителя в положении 2 циклопропанового кольца.

Из сопоставления выходов продуктов 4 и 5 следует, что карбеноиды (4а, 5а), образующиеся в реакции 2-бутил-1,1-дихлорциклопро-пана и 2-бутил-1,1-дибромциклопропана с н-бутиллитием в изученных условиях мало отличаются по своей устойчивости и реакционной способности по отношению к углекислому газу.

Экспериментальная часть

Полученные продукты идентифицировали методами хромато-масс-спектрометрии и спектроскопии ЯМР и 13С. Соотношение образующихся цис- и транс-изомеров рассчитано по данным ГЖХ-анализа.

Спектры ЯМР 1Н и С записаны в CDCI3 на приборе Bruker АМ-300 (рабочая частота 300 и 75.47 МГц соответственно). Хромато-масс-спектрометрический анализ проводили на аппаратно-программном комплексе QP 2010S фирмы Shimadzu. Использовали капиллярную колонку HP-1MS (длина 30 м), температура испарителя 250 oC, температура ионизационной камеры 250 oC. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 50 до 250 oC со скоростью 10 ^/мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин). Хроматографический анализ проводили на аппаратно-программном комплексе Кристалл 5000.2 фирмы Хроматэк. Использовали капиллярную колонку Solgel-Wax (длина 60 м), температура испарителя 290 °С, температура детектора 290 °С. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 100 до 250 oC со скоростью 10 oC/ мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин).

1,1-Дихлорциклопропан 1 синтезировали по известной методике Макоша 7 с выходом 87%. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 0.87 т (3H, CH3), 1.05-1.7 м (9H, 4CH2, CH). Спектр ЯМР 13С, 8, м.д.: 14.06 (CH3), 22.39 (CH2), 28.53 (CH2), 29.73 (CH2), 30.54 (CH2), 31.44 (CH), 32.33 (CBr2). Масс-спектр m/z (1отн,%): 95 (100), 70 (38), 69 (21), 67 (12), 55 (64), 53 (18), 42 (57), 41 (41).

1,1-Дибромциклопропан 2 синтезировали по известной методике 8 с выходом 83%. Спектр ЯМР 1H, 8, м. д.: 0.87 т (3H, CH3), 1.05-1.7 м (9H, 4CH2, CH). Спектр ЯМР 13С, 8, м.д.: 14.06 (CH3), 22.39 (CH2), 28.53 (CH2), 29.73 (CH2), 30.54 (CH2), 31.44 (CH), 32.33 (CBr2). Масс-спектр m/z (1отн,%): 95 (100), 70 (38), 69 (21), 67 (12), 55 (64), 53 (18), 42 (57), 41 (41).

Получение 2-бутил-1-галоген-1-циклопро-панкарбоновых кислот 4, 5 осуществляли по следующей методике. К 0.01 моль гем-дигало-генциклопропана в 30 мл сухого ТГФ в атмосфере аргона при температуре (-75)-(-60) 0С прикапывали при интенсивном перемешивании 5.5 мл 2М раствора бутиллития в цикло-гексане (0.011 моль). После добавления всего объема бутиллития реакционную смесь перемешивали при температуре -75 0С в течение 15 мин (в случае 1,1-дибромциклопропана -10 мин). Затем через реакционную смесь в течение 2 ч при температуре (-75)-(-70) 0С пропускали осушенный серной кислотой углекислый газ. Полученный раствор нагревали до 0 0С, приливали 30 мл воды. Водный слой промывали 20 мл эфира, обрабатывали соляной кислотой до pH 3, экстрагировали хлористым метиленом (3x30 мл). Экстракт сушили над сульфатом натрия и упаривали.

2-Бутил-1-хлор-1-циклопропанкарбоно-вая кислота (4), смесь цис/транс-изомеров 1:43). Выход продукта 48%. Спектр ЯМР (транс-изомера), 8, м. д.: 0.79 т (3H, CH3), 1.2 м (2H, CH2), 1.26-1.31 дд (1Н, СН2, J=8.25 Гц, 6.05 Гц), 1.46 м (2H, CH2), 1.51.53 дд (1Н, СН2, J=8.25 Гц, 1.65Гц), 1.54 м (2H, CH2), 1.71 ддт (1Н, СН, J=9.9 Гц, 8.52 Гц), 10.93 c (1H, COOH). Спектр ЯМР 13С, 8, м.д.: 13.91 (CH3), 22.15 (CH2), 25.80 (CH2), 26.82 (CH2), 31.02 (CH2), 35.54 (CH), 41.77 (CClCOOH), 176.23 (COOH). Масс-спектры

цис- и транс-изомеров кислоты 4 идентичны. Масс-спектр, m/z (1отн,%): 109 (22), 107 (65), 95 (13), 83 (14), 70 (100), 67 (10), 55 (77), 53 (17), 45 (10), 43 (15), 42 (67), 41 (46).

транс-1-Бром-2-бутил-1-циклопропан-карбоновая кислота (5). Выход продукта 45%. Спектр ЯМР *H, 8, м. д.: 0.78 т (3H, CH3), 1.21 м (2H, CH2), 1.23-1.29 дд (1Н, СН2, J=6.88 Гц, 9.08 Гц), 1.44 м (2H, CH2), 1.48-1.51 дд (1Н, СН2, J=6.88 Гц, 1.37 Гц), 1.53-1.58 м (2H, CH2), 1.77 ддт (1Н, СН, J=9.9 Гц, 8.52 Гц), 9.1 c (1H, COOH). Спектр ЯМР 13С, 8, м.д.: 13.94 (CH3), 22.21 (CH2), 25.80 (CH2), 27.09 (CH2), 29.19 (CH2), 30.99 (CBrCOOH), 35.45 (CH), 175.39 (COOH). Масс-спектр, m/z (1отн,%): 153 (33), 151 (35), 141 (14), 95 (44), 70 (100), 69 (12), 68 (11), 67 (15), 55 (76), 53 (23), 45 (11), 43 (21), 42 (64), 41 (53).

Литература

1. Hitchcock S. A., Houldsworth S. J., Pattenden G., Pryde D. C., Thomson N. M., Blake A. J. // J. Chem. Soc.- Perkin Trans. 1.- 1998.- P. 3181.

2. Muller C., Stier F., Weyerstahl P.// Chem. Ber.- 1977.- V. 110.- P.124.

3. Лупи А., Чубар Б. Солевые эффекты в органической и металлоорганической химии.- М.: Мир, 1991.

4. Halpern M., Sasson Y., Rabinovitz M. // Tetrahedron.- 1982.- №38.- P. 3183.

5. Dehmlow E. V. // Chem. Ber.- 1968.- №101.-P. 427.

6. Saxena A. K., Bisaria C. S. // Indian J. Chem.-1997.-№36B.- P. 653.

7. Makosza M., Wawrzyniewicz M. // Tetrahedron Lett.- 1969.-№ 53.- P. 4659.

8. Baird M. S., Boitsov V. M., Stepakov A. V., Molchanov A. P., Kopf J., Rajaratnam M., Kostikov R. R. // Tetrahedron.- 2007.-№63.-P. 7717.