СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИАМАНТАНА
METHOD OF OBTAINING TRIAMANTAN

Предлагаемое изобретение относится к области органического синтеза, в частности к способу получения триамантана.
Полициклические каркасные углеводороды триамантанового ряда представляют большой интерес для получения фармацевтических препаратов [[1]. Патент EP №1994927 A1. Diamondoid derivatives possessing therapeutic activity in the treatment of viral disorders / Kong D., Lam F.W., Sciamanna S.F., Shelton E., Yu C.-Y., Carlton R.M., Liu S. Date of publication 26.11.2008; [2]. Fokin A.A., Merz A., Fokina N.A., Schwertfeger H., Liu S.L., Dahl J.E.P., Carlson R.K.M., Schreiner P.R. Synthetic Routes to Aminotriamantanes, Topological Analogues of the Neuroprotector Memantine // Synthesis. - 2009. - №6. - Р.909-912.], материалов для микроэлектроники [[3]. Заявка WO №2004010512 A2. Heteroatom-containing diamondoid transistors / Liu S., Dahl J.E., Carlson R.M. Int. Publication Date 29.01.2004.] и нелинейной оптики [[4]. Заявка WO №9511472 A1. Fiber optic cable and viscous filler material / Ashjian H., Shen D.-M., Wu M.M.-S. Int. Publication Date 27.04.1995.].
18
24
3
3
2
3
3
3
3
Основным способом синтеза триамантана (1) в лаборатории является скелетная изомеризация изосоставных (CH) углеводородов под действием кислотных катализаторов, в качестве которых используются кислоты Льюиса (AlCl, AlBr) и суперкислоты (B(OSOCF), CFSOH), а также Pt-содержащие катализаторы. Так, в работе [[5]. Williams V.Z., Schleyer Jr., P. v. R., Gleicher G.J., Rodewald L.B. Triamantane // J. Am. Chem. Soc. - 1966. - V.88. - №16. - P.3862-3863] приводится синтез триамантана (1) по следующей схеме:
18
24
Димер циклооктатетраена (2) циклопропанируют по Симмонсу-Смиту. Гидрогенолизом (3) получают углеводород, имеющий состав CH (3а). Последующая изомеризация циклического углеводорода (3а) над бромидом алюминия в среде сероуглерода приводит к триамантану (1) с очень низким выходом (2-5%).
Недостатки метода:
1) циклооктатетраен и его димер (2) являются труднодоступными соединениями;
2) низкий выход триамантана;
3) продолжительность изомеризации составляет 4-6 дней;
3
4) необходимость использования избытка AlBr;
5) реакция проводится в ядовитом и взрывоопасном сероуглероде;
6) высокое давление для гидрирования.
В литературе известен пример синтеза триамантана (1) из 1-диамантанкарбоновой кислоты (4) [[6]. Burns W., McKervey M.A., Rooney J.J. New Synthesis of Triamantane Involving a Novel Rearrangement of a Polycyclic Olefin in the Gas Phase on Platinum // J. Chem. Soc., Chem. Commun. - 1975. - V.24. - P.965-966]. Полный синтез (1) состоит из 6 стадий, наиболее сложной из них является шестая, суть которой заключается в перегруппировке и деметилировании олефина (5) в триамантан (1). Реакция проводится в атмосфере водорода в присутствии катализатора платины при 430°C. Выход триамантана (1) после перекристаллизации из ацетона составляет 30%.
Недостатки метода:
1) многостадийность (6 стадий);
2) требуются труднодоступные дорогостоящие реагенты;
3) на стадии этерификации применяется взрывоопасный диазометан;
4) жесткие условия гидрирования, изомеризации и деметилирования (430°C).
18
24
Наиболее удобный и эффективный способ синтеза триамантана (1) основан на скелетной изомеризации CH-углеводородов, полученных из [4π+4π]-димера норборнадиена бинора-S (6). Так, в работах [[7]. Hamilton R., McKervey М.А., Rooney J.J., Malone J.F. Gas-phase Reactions on Platinum. A Short Synthesis of Triamantane // J. Chem. Soc., Chem. Commun. - 1976. - V.24. - P.1027-1028; [8]. Hollowood F.S., McKervey М.А. Synthesis of Triamantane // J. Org. Chem. - 1980. - V.45. - №24. - P.4954-4958] был осуществлен синтез исходных соединений - углеводородов (7, 8) по следующей схеме:
3
Последующая изомеризация (7, 8) в присутствии AlCl приводит к триамантану (1) с выходом 60%.
Недостатки метода:
1) значительная продолжительность реакции (5 дней);
3
2) в качестве катализатора используется чувствительный к влаге безводный AlCl;
3) умеренный выход триамантана (1).
2
3
3
3
3
5
3
3
2
3
3
4n+6
4n+12
По другому способу изомеризацию полициклических углеводородов (7, 8) проводили под действием суперкислот, таких как: B(OSOCF) (0°C, фреон-113, 74 ч, выход (1) 70%), CFSOH-SbF (0°C, фреон-113, 74 ч, выход (1) 71%), CFSOH-B(OSOCF) (0°C, фреон-113, 74 ч, выход (1) 69%) [[9]. Farooq O., Farnia S.M.F., Stephenson M., Olah G.A. Superacid-Catalyzed Near-Quantitative Isomerization of CH (n=1-3) Polycyclic Precursors to Diamondoid Cage Hydrocarbons Promoted by 1-Haloadamantanes and Sonication // J. Org. Chem. - 1988. - V.53. - №12. - P.2840-2843].
Недостатки метода:
1) изомеризация проводится при низкой температуре (0°C);
2) продолжительность реакции составляет 74 часа;
3) в качестве растворителя используется озоноразрушающий реагент - фреон-113.
4n+6
4n+12
1
В работе [[10]. Olah G.A., Wu A., Farooq O., Prakash G.K.S. Single-Step Reductive Isomerization of Unsaturated Polycyclics to CH Diamondoid Cage Hydrocarbons with Sodium Borohydride / Triflic Acid // J. Org. Chem. - 1989. - V.54. - №6. - Р.1450-1451] разработан прямой метод синтеза триамантана (1) из олефинов (9, 10).
4
3
3
3
3
2
2
2
4
К охлажденной до -30°C смеси олефинов (9, 10) (7.6 ммоль) и NaBH (22.8 ммоль) в сухом фреоне-113 прикапывают в течение 30 мин в токе аргона или азота 12 мл CFSOH (137 ммоль). При этом реакционную массу охлаждают до -78°C. После добавления расчетного количества CFSOH температуру медленно доводят до комнатной (3-5 ч), после чего реакционную массу выдерживают еще 18 ч. По окончании синтеза реакционную массу охлаждают на ледяной бане, экстрагируют CHCl и сушат над безводным NaSO. Выход (1) 92%.
Недостатки метода:
1) реакция проводится при пониженной температуре (-78°C);
4
2) необходим большой избыток дорогостоящего, взрыво- и пожароопасного боргидрида натрия NaBH;
3) продолжительность реакции составляет 18 ч;
4) в качестве растворителя используется озоноразрушающий реагент - фреон-113.
18
24
Авторами предлагается способ скелетной изомеризации CH угеводородов (7, 8) в триамантан (1), не имеющий вышеперечисленных недостатков.
Задачей предлагаемого изобретения является удешевление себестоимости триамантана (1) за счет использования доступных катализаторов, увеличения выхода и упрощения технологии в целом.
18
24
3
3
3
3
2,17
3,11
4,9
12,16
13,18
2,13
3,11
4,9
12,17
14,18
Сущность предлагаемого способа заключается в изомеризации полициклических углеводородов состава CH, полученных из гептациклического димера норборнадиена - бинора-S, гептацикло[8.8.0.0.0.0.0.0]октадекан (7) и гептацикло[8.8.0.0.0.0.0.0]октадекан (8) (получены по методике [8]. Hollowood F.S., McKervey M.A. Synthesis of Triamantane // J. Org. Chem. - 1980. - V.45. - №24. - P.4954-4958.) под действием неорганических ионных жидкостей состава 2AlCl+EtN·HCl или 2.5AlCl+EtN·HCl при температуре 20-50°C в течение 2-72 ч при мольном соотношении реагентов (7, 8):[ионная жидкость]=1:2-4. Реакции проводили в реакторе под аргоном.
3
3
Установлено, что максимальный выход триамантана (1) (80%) в присутствии указанных ионных жидкостей наблюдается при T=50°C, за 8 ч при мольном соотношения реагентов: (7, 8):[2AlCl+EtN·HCl]=1:4.
3
3
3
3
Ионная жидкость состава 2.5AlCl+EtN·HCl проявляет меньшую каталитическую активность. В условиях: 50°C, 8 ч выход триамантана (1) в присутствии 2.5AlCl+EtN·HCl не превышает 40%.
Роль ионных жидкостей в данной реакции двоякая: они служат катализаторами и реакционной средой. Использование растворителей нежелательно, так как при добавлении растворителя (гексан, хлористый метилен) выход триамантана (1) снижается до 10%.
Преимущества предлагаемого метода:
1) высокий выход триамантана (1) - 80%;
2) мягкие условия реакции (50°C, 8 ч);
3) изомеризация проводится без растворителя;
4) доступность и дешевизна катализатора.
Предлагаемый способ поясняется примерами.
18
24
3
3
ПРИМЕР 1. В реактор (V=50 мл) под аргоном помещали 0.38 г (1,5 ммоль) смеси углеводородов CH (7, 8) и 2.58 г (6 ммоль) ионной жидкости 2AlCl+EtN·HCl. Реакцию проводили при постоянном перемешивании в течение 8 ч при 50°C. Затем реактор охлаждали до комнатной температуры, реакционную массу экстрагировали петролейным эфиром и фильтровали через слой силикагеля (элюент - петролейный эфир). Растворитель отгоняли, остаток перекристаллизовывали из смеси этилацетат:циклогексан = 1:1. Выход триамантана (1) составляет 80%.
пл
Выделенный триамантан (1) имел Т 221-221.5°C. (221°C [[11]. Гордадзе Г.Н., Геохимия углеводородов каркасного строения // Нефтехимия. - 2008. - Т.48. - №4. - С.243-255.]).
1
3
Спектр ЯМР H (CDCl, δ, м.д., J/Гц) [[5]. Williams V.Z., Schleyer Jr., P. v. R., Gleicher G.J., Rodewald L.B. Triamantane // J. Am. Chem. Soc. - 1966. - V.88. - №16. - P.3862-3863]: 1.28 м, 1.49 м, 1.66 м, 1.68-1.75 м, 1.86 м.
13
13
13
3
Спектр ЯМР C (CDCl, δ, м.д.) [[12]. Dheu M.-L., Gagnaire D., Duddeck H., Hollowood F., McKervey M.A. C Nuclear Magnetic Resonance Spectra. Part 9. Strain Effects on C Chemical Shifts of Triamantane // J. Chem. Soc. Perkin Trans II. - 1979. - P.357-359.]: 27.89, 33.62, 35.34, 38.19, 38.21, 38.65, 45.44, 47.01.
отн
+
Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (I (%)): 240.15 [M] (100.00), 239.15 (43.74), 143.10 (8.00), 131.10 (5.64), 129.10 (10.20), 128.10 (5.01), 117.10 (6.07), 115.10 (5.01), 105.10 (6.77), 91.05 (20.72), 79.05 (10.60), 77.05 (8.95).
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.