CC BY
22
УДК 547-316.:547-32
А. Р. Чанышева (к.х.н., доц.), А. В. Зорин (к.х.н., в.н.с.), В. В. Зорин (д.х.н., проф.)
СИНТЕЗ ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В РЕАКЦИИ
а-КАРБАНИОНОВ АЦИЛАТОВ ЛИТИЯ С 1,4-ДИБРОМБУТАНОМ И 1,8-ДИБРОМОКТАНОМ
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств, 450062, РБ, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2431935, e-mail: chemist.518@mail.ru
A. R. Chanysheva, A. V. Zorin, V. V. Zorin
SYNTHESIS OF DICARBOXYLIC ACIDS BASED ON REACTION OF a-CARBANIONS OF LITHIUM ACYLATES WITH 1,4-DIBROMOBUTANE AND 1,8-DIBROMOOCTANE
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2431935, e-mail: chemist.518@mail.ru
Взаимодействие а-карбанионов ацилатов лития, генерируемых из уксусной, масляной и изомас-ляной кислот под действием диизопропиламида лития (ЛДА), с 1,4-дибромбутаном или 1,8-ди-бромоктаном в тетрагидрофуране в инертной атмосфере при 20—25 оС в течение 2 ч, приводит к продуктам последовательного нуклеофильного замещения атомов брома на а-оксикарбонилал-кильные остатки с образованием соответственно октандиовой, 2,7-диэтилоктандиовой, 2,2,7,7-тет-раметилоктандиовой или додекандиовой, 2,11-ди-этилдодекандиовой и 2,2,11,11-тетраметилдоде-кандиовой кислот с выходами 35—78 %.
Ключевые слова: диастереомер, 1,4-дибром-бутан, 1,8-дибромоктан; дикарбоновые кислоты; а-карбанионы ацилатов лития; СН-кисло-ты; металлирование.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках базовой части государственного задания.
Дикарбоновые кислоты являются ценными продуктами органического синтеза и широко используются при создании методов получения полимеров и пластификаторов, а также раз личных биологически активных веществ 1-3.
Ранее было показано, что эффективным методом получения янтарной кислоты и ее замещенных производных является окислительное сочетание а-карбанионов ацилатов под действием различных окислительных реагентов 3-9.
Удобным методом синтеза дикарбоновых кислот с удаленными карбоксильными группа-
Дата поступления 13.11.15
Interaction of a-carbanions of lithium acylates (generated from acetic, butyric and isobutyric acids) with lithium diisopropylamide (LDA) with 1,4-dibromobutane or 1,8-dibromooctane, in tetrahyd-rofuran medium at 20—25 0C under argon atmosphere during 2 hours, leads to the products of consequent nucleophilic substitution of bromine atoms for a-oxycarbonylalkyl groups and formation of corresponding octanedioic, 2,7-diethyloctanedi-oic, 2,2,7,7-tetramethyloctanedioic or dodecanedi-oic, 2,11-diethyldodecanedioic, 2,2,11,11-tetrame-thyldodecanedioic acids with 35—78 % yields.
Key words: CH-acids; diastereomer; 1,4-di-bromobutane, 1,8-dibromooctane; dicarboxylic acids; lithium acylate a-carbanions; metallation.
This work was financially supported by the Ministry of Education and Science of Russia in the framework of the base part of the state task.
ми является нуклеофильное замещение галогена под действием енолятов ацилатов.
Известно, что взаимодействие енолят-ани-онов изобутиратов лития, генерируемых исчерпывающим металлированием изомасляной кислоты диизопропиламидом лития, с терминально замещенными дибромалканами С4—С10 приводит к образованию соответствующих тет-раметилзамещенных дикарбоновых кислот 10.
С целью изучения синтетического потенциала этой реакции нами изучена возможность применения данного подхода к синтезу дикар-боновых кислот на основе монокарбоновых кислот, содержащих первичный, вторичный и
третичный а-атомы углерода, а также влияние их строения на выходы целевых продуктов.
Установлено, что при взаимодействии а-карбанионов ацилатов лития, генерируемых из уксусной (2), масляной (3) и изомасляной (4) кислот под действием диизопропиламида лития (ЛДА) (1) с 1,4-дибромбутаном (5) в ТГФ в инертной атмосфере при 20—25 °С при мольном соотношении (1):(2—4):(5), равном 4:2:1, в течение 2 ч, образуются продукты нуклео-фильного замещения атомов брома на а-окси-карбонилалкильные остатки с образованием октандиовой (6), 2,7-диэтилоктандиовой (7) и 2,2,7,7-тетраметилоктандиовой (8) кислот с выходами 47—78 % (схема).
В реакции 1,4-дибромбутана с наименее активными в исследуемом ряду енолят-аниона-ми ацетата лития, в изученных условиях наряду с октандиовой кислотой (6), в реакционной смеси в небольших количествах (~5%) присутствует 6-бромгексановая кислота (9) — промежуточный продукт последовательного замещения одного из атомов брома в 1,4-дибромбута-не на оксикарбонилметильный остаток.
Взаимодействие енолят-анионов ацилатов лития, генерируемых из уксусной (2), масляной (3) и изомасляной (4) кислот с 1,8-дибром-октаном (10) в тех же условиях приводит к образованию додекандиовой (11), 2,11-диэтил-додекандиовой (12) и 2,2,11,11-тетраметилдо-декандиовой (13) кислот с выходами 35—68 % (табл.).
Образующиеся в результате металлирова-ния карбоновых кислот енолят-анионы ацила-тов лития последовательно замещают в терминальных дибромалканах (5, 10) атомы брома на а-оксикарбонилалкильные остатки с образованием целевых дикарбоновых кислот.
Образующиеся дикарбоновые кислоты были идентифицированы по спектрам ЯМР и 13С. Дикарбоновые кислоты (7, 12) присутствуют в виде смеси диастереомеров (смеси мезо- и (±)-форм в мольном соотношении 8^10:1), наличие которых подтверждается спектрами ЯМР 13С.
Анализ выходов полученных дикарбоно-вых кислот (6—8, 11—13) показывает, что выходы продуктов практически не зависят от длины цепи дибромалканов, однако, заметно изменяются в зависимости от строения енолят-анионов ацилатов лития. С более высоким выходом протекает реакция енолят-анионов аци-латов лития с анионоидным центром у вторичного и особенно третичного а-атома углерода и менее эффективно — с енолят-анионами аци-
латов лития с анионоидным центром у первич-
11 12
ного а-атома углерода .
Таким образом, полученные результаты показывают, что синтез дикарбоновых кислот различного строения в реакции нуклеофильно-го замещения брома в дибромалканах с удаленными бромметильными группами может успешно осуществляться под действием ено-лятов ацилатов, содержащих анионоидный центр как у первичного, так и вторичного и третичного а-атома углерода.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР зарегистрированы на спектрометре Вгикег АМ-300 [300 (1Н), 75.47 МГц (13С)] относительно ТМС, в качестве растворителя использовали СЭС13-ё1+СР3СООН. Хроматографический анализ продуктов реакции проводили на программно-аппаратном комплексе Хроматэк-Кристалл 5000.2 с пла-
Я1, Ы+
Я
СОО Ь1+ + В
Вг"
+1л>
Я1
Вг
п
2а-4а
Я2
+ - Я Ъ1 ООС
Я1 + Вг + 4 - СОО ь+
Я
Я
2Н+
Я2
НОО'
СООН
2а-4а
6-8, 11-13
Я1 = Н, Я2 = Н (2, 6, 11), С2Н5 (3, 7, 12);
3, Я2= СНз I
Я1= СН3, Я2= СН3 (4, 8, 13);
п=1,3.
Схема
Таблица
Выходы продуктов нуклеофильного замещения в реакции енолят-анионов ацилатов лития,
генерируемых из карбоновых кислот (2-4) с 1,4-дибромбутаном (5) и 1,8-дибромоктаном (10)
Карбоновая кислота Дибромалкан Продукты реакции Выход, % от теор.
3 соон (2) ^Вг Вг ^^ (5) ноосУ £соон (6) 35
^^^^соо (3) НВ ^^/Х^Вг (5) ноос^ (7) соон 43
соон (4) ^Вг Вг ^^ (5) ноос^ (8) ^соон 78
3 соон (2) (10) ноосУ ^Л Л0соон (11) 36
^^^^соо (3) (10) ноос^ 8 (12) соон 68
соон (4) (10) ноос^ 8 (13) ^соон 64
Условия: £ = 20—25 оС, растворитель — отношение (2—4):(5, 10) = 2:1, т = 2 ч.
менно-ионизационным детектором, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин), капиллярная колонка Ие81ек ИТХ-5 (30мх0.25ммх0.25мкм). Использовали программированный температурный режим: 50—270 оС, скорость подъема температуры 10 °С/мин.
Методика взаимодействия енолят-анио-нов ацилатов лития с 1,4-дибромбутаном и 1,8-дибромоктаном. В трехгорлую колбу, снабженную магнитной мешалкой, термометром и газоподводящей трубкой в атмосфере аргона помещали 0.02 моль диизопропиламида
ТГФ, инертная атмосфера (Аг), молярное со-
лития в 30 мл тетрагидрофурана и охлаждали до 0—5 оС на ледяной бане. Затем, при перемешивании подавали 0.01 моль карбоновой кислоты (2, 3 или 4), растворенной в 20 мл абсолютного тетрагидрофурана. Реакционную смесь нагревали до 35—40 оС и перемешивали в течение еще 30—40 мин. Затем колбу охлаждали до 20—25 оС, добавляли в реакционную смесь 0.005 моль 1,4-дибромбутана (5) или 1,8-ди-бромоктана (10) и перемешивали в течение двух часов. После завершения реакции в реакционную смесь добавляли 30—40 мл дистилли-
рованной воды. Водный слой обрабатывали соляной кислотой до рН 1 и экстрагировали диэтиловым эфиром (6x30 мл). Эфирные вытяжки сушили над MgSO4. После упаривания эфира образовывались кристаллы октандио-вой (6), 2,7-диэтилоктандиовой (7), 2,2,7,7-тетраметилоктандиовой (8), додекандиовой (11), 2,11-диэтилдодекандиовой (12) и 2,2,11,11-тетраметилдодекандиовой (13) кислот, соответственно. При анализе спектра ЯМР 13С октандиовой кислоты (6) была обнаружена примесь 6-бромгексановой кислоты (9). Октандиовая кислота (6) Тпл.= 139-145 оС; Тлит. = 144 оС. Спектр ЯМР 1Н (8, м.д.): (в CDCl3, 8, м.д. от ГМДС): 1.26-1.325 т (4Н, СН2), 1.5-1.65 м (4Н, СН2), 2.3-2.37 т (4Н, СН2). Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+CDCl3, 8, м.д.): 24.57 (2С, СН2), 28.61 (2С, СН2), 34.02 (2С, СН2), 183.11 (2С, С=0).
6-Бромгексановая кислота (9) Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+CDCl3, 8, м.д.): 23.6 (С, СН2), 27.7 (С, СН2), 32.1 (С, СН2), 33.9 (С, СН2), 34.1 (С, СН2), 180.21 (2С, С=0).
2,7-Диэтилоктандиовая кислота (7) Тпл.= 110-115 оС. лезо-2,7-Диэтилоктан-диовая кислота: Спектр ЯМР 1Н (8, м.д.): (в CDCl3, 8, м.д. от ГМДС):0.8-0.95 т (6Н, СН3), 1.25-1.4 м (4Н, СН2), 1.45-1.55 м (4Н, СН2), 1.55-1.7 м (4Н, СН2), 2.2-2.35 м (2Н, СН). Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+CDCl3, 8, м.д.): 10.94(4С, СН3), 24.29 (2С, СН2), 25.41 (2С, СН2), 27.32 (2С, СН2), 31.71 (2С, СН2), 47.94 (2С, СН), 185.66 (2С, С=0). (±)-2,7-Диэтилоктандиовая кислота: Спектр ЯМР 1Н (8, м.д.): (в CDCl3, 8, м.д. от ГМДС):0.95-1.15 т (6Н, СН3), 1.25-1.4 м (4Н, СН2), 1.45-1.55 м (4Н, СН2), 1.75-1.9 м (4Н, СН2), 2.2-2.35 м (2Н, СН). Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+CDCl3, 8, м.д.): 8.25 (4С, СН3), 24.00 (2С, СН2), 25.41 (2С, СН2), 27.32 (2С, СН2), 31.71 (2С, СН2), 47.94 (2С, СН), 185.66 (2С, С=0).
Литература
1. Фрейдлин Г. Н. Алифатические дикарбоновые кислоты.- М.: Химия, 1978.- 518 с.
2. Huf S., Kru S., Hirth T., Rupp S., Zibek S. Biotechnological synthesis of long-chain dicarboxylic acids as building blocks for polymers // Eur. J. Lipid Sci. Technol.- 2011.- V. 113, №5.- P. 548-561. DOI: 10.1002/ejlt.201000112.
3. Diaz A., Katsarava R., Puiggali J. Synthesis, Properties and Applications of Biodegradable Polymers Derived from Diols and Dicarboxylic Acids: From Polyesters to Poly(ester amide)s //
2,2,7,7-Тетраметилоктандиовая кислота
(8) Тпл.= 180-184 оС. Спектр ЯМР *Н (8, м.д.): (в CDCl3, 8, м.д. от ГМДС): 1.2 с (12Н, СН3), 1.25-1.35 (4Н, СН2), 1.6-1.65 т (4Н, СН2).Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+CDCl3, 8, м.д.): 24.34 (4С, СН3), 25.29 (2С, СН2), 40.41 (2С, СН2), 42.74 (2С, С), 187.22 (2С, С=0).
Додекандиовая кислота (11)
Тпл.= 120-124 оС; Тлит.=129 оС. Спектр ЯМР *Н (8, м.д.): (в CDCl3, о, м.д. от ГМДС): 1.3-1.45 м (16Н, СН2), 2.3-2.35 т (4Н, СН2). Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+CDCl3, 8, м.д.): 24.92 (2С, СН2), 29.11 (2С, СН2), 29.20 (2С, СН2), 29.40 (2С, СН2), 34.22 (2С, СН2),
183.55 (2С, С=0).
2,11-Диэтилдодекандиовая кислота (12)
Тпл.=51-57 оС. лезо-2,11-Диэтилдодекандио-вая кислота: Спектр ЯМР 1Н (8, м.д.): (в CDCl3, 8, м.д. от ГМДС): 0.8-1.0 т (6Н, СН3), 1.2-1.34 м (8Н, СН2), 1.4—-1.5 м (4Н, СН2), 1.5-1.7 м (4Н, СН2), 1.8-1.9 м (4Н, СН2), 2.2-2.3 м (2Н, СН). Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+CDCl3, 8, м.д.): 11.14 (2C, CH3), 25.36 (2С, СН2), 27.38 (2С, СН2), 29.39 (2С, СН2), 29.48 (2С, СН2) 31.94 (2С, СН2), 47.79 (2C, CH), 185.66 (2С, С=0); (±)-2,11-Диэтил-додекандиовая кислота: Спектр ЯМР 1Н (8, м.д.): (в CDCl3, 8, м.д. от ГМДС): 0.9-1.1 т (6Н, СН3), 1.2-1.34 м (12Н, СН2), 1.4-1.5 м (4Н, СН2),1.5-1.7 м (4Н, СН2), 2.2-2.3 м (2Н, СН). Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+ +CDCl3, 8, м.д.): 13.2 (2C, CH3), 24.91 (2С, СН2), 27.37 (2С, СН2), 28.21 (2С, СН2), 29.48 (2С, СН2) 31.94 (2С, СН2),47.79 (2C, CH),
181.56 (2С, С=0);
2,2,11,11-Тетраметилдодекандиовая кислота (13) Тпл.= 75-83 оС. Спектр ЯМР 1Н (8, м.д.): (в CDCl3, 8, м.д. от ГМДС): 1.2 с (12Н, СН3), 1.22-1.6 (16Н, СН2).Спектр ЯМР 13C (в CF3COOH+CDCl3, 8, м.д.): 24.46(4С, СН3), 24.2 (2С, СН2), 29.49 (2С, СН2), 30.09 (2С, СН2), 40.66 (2С, СН2), 42.74 (2C, C),187.31 (2С, С=0).
References
1. Freidlin G. Alifaticheskie dikarbonovie kisloty [Alyphatic dicarboxylic acids]. Moscow: Khimiya, 1978. 518 p.
2. Huf S., Kru S., Hirth T., Rupp S., Zibek S. [Biotechnological synthesis of long-chain dicarboxylic acids as building blocks for polymers]. Eur. J. Lipid Sci. Technol., 2011, v. 113, is. 5, pp. 548561. DOI: 10.1002/ ejlt.201000112.
3. Diaz A., Katsarava R., Puiggali J. [Synthesis, Properties and Applications of Biodegradable Polymers Derived from Diols and Dicarboxylic
Int. J. Mol. Sci.- 2014.- V. 15, №5.- 7064-7123. D01:10.3390/ijms15057064.
4. Чанышева A. P., Зорин А. В., Климаков В. С., Спирихин Л. В., Зорин В. В. Нуклеофильное замещение и окислительное сочетание в реакции металлированного ацетата лития с 1,2-дибром-этаном // Баш. хим. ж.— 2009.- Т. 16, №2.-С. 165-166.
5. Зайнашев А. Т., Зорин А. В., Зорин В. В. Окислительное сочетание в реакции енолята ацетата лития с 1,2-дибромэтаном // Баш. хим. ж.- 2014.- Т.21, №1.- С.61-63.
6. Зайнашев А. Т., Зорин А. В., Зорин В. В. Реакция енолята ацетата лития с тетрахлорметаном // Баш. хим. ж.- 2014.- Т.21, №2.- С.58-60.
7. Зайнашев А. Т., Зорин А. В., Зорин В. В. Реакция енолята ацетата лития с тетраброммета-ном// Баш. хим. ж.- 2014.- Т.21, №4.- С.45-47.
8. Чанышева А. Р., Зорин А. В., Зорин В. В. Синтез дикарбоновых кислот в реакциях окислительного сочетания еноятов ацилатов лития под действием иода // Баш. хим. ж.- 2014.- Т. 21, №2.- С. 99-103.
9. Zorin A.V., Zaynashev A.T., Chanysheva A.R., Zorin V.V. Reaction of a-carbanions of lithium acylates with 1,2-dibromoethane / / Russian Journal of General Chemistry.- 2015.- Т. 85, №6.- С. 1382-1385.
10. Renaud P., Fox M. Reaction of dilithiated carboxylic acids with iodine: evidence for the formation of a radical anion intermediate // J. Org. Chem.- 1988.- V. 53, №16.- P. 37453752. DOI: 10.1021/jo00251a015.
11. Керри Ф., Сандберг P. Углубленный курс органической химии.- М.: Химия, 1981.- 518 с.
12. Реутов О. А., Белецкая И. П. СН-кислоты.-М.: Наука, 1980.- 248 с.
Acids: From Polyesters to Poly( ester amide)s]. Int. J. Mol. Sci., 2014, v. 15, no.5, pp. 70647123. DOI: 10.3390/ijms15057064.
4. Chanysheva A. R., Zorin A. V., Klimakov V. S., Spirikhin L. V., Zorin V. V. Nukleofil'noe zameshchenie i okislitel'noe sochetanie v reaktsii metallirovannogo atsetata litiya s 1, 2-dibrometanom [Nucleophilic substitution and oxidative coupling in reaction of metallated lithium salt of acetic acid with 1,2-dibromoethane] Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2009, v. 16, no. 2, pp. 165-166.
5. Zaynashev A. T., Zorin A. V., Zorin V. V. Okislitel'noe sochetanie v reaktsii enolyata atsetata litiya s 1,2-dibrometanom [Oxidative coupling in reaction of the lithium acetate enolate with 1,2-dibromoethane] Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2014, v. 21, no. 1, pp. 61-63.
6. Zaynashev A. T., Zorin A. V., Zorin V. V. Reaktsiya enolyata atsetata litiya s tetrakhlormetanom [Reaction of the lithium acetate enolate with tetrachloromethane] Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2014, v. 21, no. 2, pp. 58-60.
7. Zaynashev A. T., Zorin A. V., Zorin V. V. Reaktsiya enolyata atsetata litiya s tetrabrommetanom [Reaction of the lithium acetate enolate with tetrabromomethane] Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2014, v. 21, no. 4, pp. 45-47.
8. Chanysheva A. R., Zorin A. V., Zorin V. V. Sintez dikarbonovykh kislot v reaktsiyakh okislitel'nogo sochetaniya enolyatov atsilatov litiya pod deystviem ioda [Synthesis of dicarboxylic acids in oxidative coupling reaction of lithium acylates enolates with iodine] Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2014, v. 21, no 2, pp. 99-103.
9. Zorin A. V., Zaynashev A.T., Chanysheva A.R., Zorin V.V. [Reaction of a-carbanions of lithium acylates with 1,2-dibromoethane]. Russian Journal of General Chemistry, 2015, v. 85, no.6, pp. 1382-1385.
10. Renaud P., Fox M. [Reaction of dilithiated carboxylic acids with iodine: evidence for the formation of a radical anion intermediate]. J. Org. Chem., 1988, v. 53, no.16, pp. 37453752. DOI: 10.1021/jo00251a015.
11. Kerry F., Sandberg R. Uglublennyi kurs organicheskoi khimii [Extended course of organic chemistry]. Moscow, Khimiya Publ., 1981, 518 p.
12. Reutov O.A., Beletskaya I.P. CH-kisloty [CH-acids]. Moscow, Nauka Publ., 1980, 248 p.
