СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1,3-ДИХЛОРАДАМАНТАНА
METHOD OF PRODUCING 1,3-DICHLOROADAMANTANE

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения 1,3-дихлорадамантана.
1,3-Дихлорадамантан (1) широко применяется в производстве термо- и хемостойких полимеров, полупроводниковых резисторов, инсектицидов и служит исходным сырьем при синтезе лекарственных препаратов (Багрий Е.И. // Адамантаны. - М.: Наука, 1989. С.264 [1]).
2
1,3-Дихлорадамантан (1) с выходом 80.7% получают хлорированием адамантана (1) с помощью хлорсульфоновой кислоты (ClSOOH) при -5°C в течение 60 часов (Б.М.Лерман, З.Я.Арефьева, А.Р.Кузыев, Г.А.Толстиков. Изв. АН СССР, №4, С.894 (1971) [2]).
2
2
Реакция адамантана (2) с ClSOOH (соотношение [адамантан]: [ClSOOH] = 1:4) при 20°C, 100 ч дает 1,3-дихлорадамантан (1) с выходом 90% (G.A.Tolstikov, В.М.Lerman, Z.Ya.Arefjeva. // Tetrahedron Lett, №31, P.3191-3192 (1972) [3]).
Хлорирование адамантана (2) хлорсульфоновой кислотой при 0-10°C в течение 2 часов, а затем при 20°C 5 часов приводит к образованию 1,3-дихлорадамантана (1) с выходом 93% (N.Tanaka, М.Yamaguchi. Патент США, №6878853 В2, опубл. 12.04.2005 [4]).
Существенные недостатки методов:
1. Большой избыток хлорирующего агента.
2
2
4
2. Агрессивность и высокая коррозионная активность хлорирующего агента ClSOOH и продуктов его гидролиза (HCl, HSO).
2
2
4
3. Трудность выделения целевого 1,3-дихлорадамантана (1) из разбавленных растворов, содержащих большое количество ClSOOH, HCl, HSO.
3
При хлорировании адамантана (2) четыреххлористым углеродом в присутствии AlCl при 20°C в течение 22 часов образуется смесь 1,3-дихлорадамантана (1) (выход 71%) и 1-хлорадамантана (3) (13%) (Н.Stetter, М.Krause, W.-D.Last. Angew. Chem., V.80, №22, P.970-971 (1968) [5]).
Существенные недостатки метода:
1. Неселективность реакции.
2. Значительная продолжительность реакции (22 часа).
3
3. Образование большого количества неорганических отходов и сточных вод, содержащих Al(OH) и HCl.
4
Кипячение адамантана (2) с хлоридом йода (ICl) в среде CCl в течение 5 часов приводит к 1,3-дихлорадамантану (1) с выходом 98% (A.G.Yurchenko, N.I.Kulik, V.P.Kuchar, V.M.Djakovskaya, V.F.Baklan. Tetrahedron Lett, V.27, №12, P.1399-1402 (1986) [6]; А.Г.Юрченко, Н.И.Кулик, В.П.Кухарь, В.М.Дьяковская, В.Ф.Баклан, Н.А.Фокина. Украинский химич. журнал, Т.55, №6, С.636-639 (1989) [7]).
Недостатки метода:
1. Труднодоступность хлорида йода ICl и необходимость его использования в большом избытке.
3
4
Хлорирование адамантана (2) с помощью изопропилхлорида (i-PrCl) в присутствии АlСl в среде четыреххлористого углерода (ССl) при комнатной температуре в течение 4 часов приводит к образованию смеси трех продуктов: 1,3-дихлорадамантана (1) (выход 33.4%), 1-хлорадамантана (3) (46.9%) и 2-хлорадамантана (4) (4.3%) (R.Jalal, R.Gallo. Synth. Commun., V.19, №9-10, P.1697-1704 (1989) [8]).
Существенные недостатки метода:
3
1. Большой расход катализатора AlCl.
2. Разложение образующихся комплексов проводится большим избытком 35% раствора соляной кислоты.
3
4
3. Трудность выделения 1,3-дихлорадамантана (1) в чистом виде из реакционной массы, содержащей i-PrCl, АlСl, ССl, (3) и (4).
4. Низкая селективность реакции.
3
5. Образование сточных вод, содержащих АlСl и HCl.
3
1,3-Дихлорадамантан (1) с выходом 28% получают хлорированием адамантана (1) системой t-BuOCl - N-гидроксифталимид (NHPI) в соотношении [адамантан]: [NНРI]: [t-BuOCl] = 1:2:2 в среде ацетонитрила (CHCN) при 25°C в течение 18 часов (Т.С.Жук, П.А.Гурченко, Я.Ю.Коровай, П.Р.Шрайнер, А.А.Фокин. Теорет. и эксперим. химия, Т.44, №1, С.46-51 (2008) [9])
При уменьшении количества N-гидроксифталимида до 0.25 ммоль выход 1,3-дихлорадамантана снижается до 17%, а в реакционной смеси обнаруживается побочный продукт - 1,3,5-трихлорадамантан (5) (13%).
Недостатки метода:
1. Низкий выход 1,3-дихлорадамантана (1).
2. Неселективность реакции.
3. Использование в качестве хлорирующего агента нестабильного третбутилгипохлорита, получаемого перед реакцией из гипохлорита натрия и трет-бутанола.
3
4. Реакционная масса содержит CHCN, t-BuOCl, N-гидроксифталимид, 1-хлорадамантан (3) и 2-хлорадамантан (4), что создает трудности при выделении целевого 1,3-дихлорадамантана (1).
4
4
Термическое хлорирование адамантана (2) с помощью CCl приводит к образованию хлорпроизводных адамантана (K.Tanemura, T.Suzuki. Tetrahedron Lett, V.49, №45, P.6419-6422 (2008) [10]; K.Tanemura, T.Suzuki. Tetrahedron, V.66, №15, P.2881-2888 (2010) [11]). Так, при взаимодействии 4 ммоль адамантана с 15 мл CCl в атмосфере азота при 250°C в течение 9 часов в стальном микровтоклаве с тефлоновым покрытием (давление ~7 МРа) образуется смесь 1,3-дихлорадамантана (1), 1-хлорадамантана (3) и 2-хлорадамантана (4) с выходами 73%, 4% и 2% соответственно.
Существенные недостатки метода:
1. Образование побочного продукта - ядовитого газообразного хлора.
2. Используется большой избыток хлорирующего агента - четыреххлористого углерода.
3. Реакция проводится при высокой температуре и высоком давлении.
4. Низкая селективность реакции.
Смесь 1,3-дихлорадамантана (1) и 1-хлорадамантана (3) образуется при хлорировании адамантана (2) четыреххлористым углеродом под действием соединений кобальта при 150°C, 3 часа (У.М.Джемилев, Р.И.Хуснутдинов, Н.А.Щаднева, В.Н.Латыпов. Патент РФ, №212551 С1, опубл. 27.01.1999 [12]).
Недостатки метода:
1. Образуется трудноразделимая смесь 1,3-дихлорадамантана (1) и 1-хлорадамантана (3), которые являются кристаллическими веществами.
3
2
2
1,3-Дихлорадамантан (1) (выход 98%) получают хлорированием адамантана (2) хлороформом (CHCl) или хлористым метиленом (CHCl) под действием трехкомпонентного катализатора Fe-Ti-полимер при 200°C в течение 3 часов (Р.И.Хуснутдинов, В.Н.Латыпов, Н.А.Щаднева, А.Р.Байгузина, У.М.Джемилев. Патент РФ, №2178401 C2, опубл. 20.01.2002 [13]).
3
3
3
3
Хлорирование адамантана (2) четыреххлористым углеродом в присутствии Mn(acac), активированного ацетонитрилом (CHCN) (соотношение [Mn(acac)]:[CHCN]=1:2) при 200°C в течение 3 часов с общим выходом 96% приводит к образованию смеси 1,3-дихлорадамантана (1) и 1,3,5-трихлорадамантана (5) в соотношении (1):(5)=10:1 (Р.И.Хуснутдинов, Н.А.Щаднева, А.Р.Байгузина, Ю.Ю.Лаврентьева, Р.Ю.Бурангулова, У.М.Джемилев. Нефтехимия, т.44, №22, С.148-155 (2004) [14])
4
3
3
На основании сходства по нескольким признакам (идентичные реагенты: адамантан, четыреххлористый углерод, использование катализатора) за прототип взят метод хлорирования адамантана с помощью CCl под действием каталитической системы Mn(acac)-CHCN [14].
Прототип имеет следующие недостатки:
1. Использование сравнительно дорогостоящего Mn-содержащего катализатора.
2. Жесткие условия реакции.
3. Образование смеси продуктов.
Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии получения 1,3-хлорадамантана (1).
Авторами предлагается способ получения 1,3-дихлорадамантана (1), не имеющий указанных недостатков.
4
3
3
5
2
4
3
Сущность способа заключается в хлорировании адамантана (2) с помощью системы CCl - метанол (CHOH) под действием железосодержащих катализаторов (Fe(acac) или Fe(СН5)) в присутствии метанола при 160-170°C в течение 3-6 часов при мольном соотношении [адамантан]: [CCl]: [CHOH]: [катализатор] = 100:200:100:3÷5. В оптимальных условиях единственным продуктом реакции является 1,3-дихлорадамантан (1), выход которого составляет 90%.
Преимущества предлагаемого метода:
1. Используются дешевые Fe-содержащие катализаторы.
2. По сравнению с прототипом (200°C) процесс проводится при более мягких условиях (160-170°C).
Способ поясняется примерами.
3
4
3
3
10
15
13
1
3
2
4
8
9
10
5
7
6
Пример 1. В микроавтоклав из нержавеющей стали (V=17 мл) или стеклянную ампулу (V=20 мл) (результаты параллельных опытов практически не отличаются) под аргоном помещали 0.3 ммоль Fe(acac), 10 ммоль адамантана и 20 ммоль ССl, 10 ммоль CHOH, автоклав герметично закрывали (ампулу запаивали) и нагревали при 160°C в течение 6 часов. После окончания реакции микроавтоклав (ампулу) охлаждали ~20°C, вскрывали, растворитель отгоняли, остаток перекристаллизовывали из метанола. Выход 1,3-дихлорадамантана (1) 90%, т.пл. 130-132°C. Спектр ЯМР С (CDCl, δ, м.д.): 66.74 (С, С), 56.51 (С), 45.71 (С, С, С, С), 33.65 (С, С), 33.35 (С). Найдено, %: C 58.54; H 6.84, Cl 34.62. CHCl. Вычислено, %: C 58.55; H 6.87; Cl 34.56.
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты опытов по синтезу 1,3-дихлорадамантана (1) хлорированием адамантана (2) с помощью CCl<sub>4</sub> под действием Fe-содержащих катализаторов в присутствии метанола
№ п/п
Катализатор
Мольное соотношение [Fe]: [адамантан]: [ССl<sub>4</sub>]: [CH<sub>3</sub>OH]
Температура, °C
Время реакции, ч
Выход 1,3-дихлорадамантана, %
1
2
3
4
5
6
1
Fe(acac)<sub>3</sub>
3:100:200:100
160
6
90
2
--//--
5:100:200:100
--//--
--//--
75
3
--//--
3:100:200:100
170
3
52
4
Fe(C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>)<sub>2</sub>
3:100:200:100
160
6
83
5
--//--
5:100:200:100
--//--
6
77
6
--//--
3:100:200:100
170
3
69