СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АДАМАНТАНОЛА-1
METHOD OF PRODUCING ADAMANTANOL-1

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения адамантанола-1.
Адамантанол-1 и его производные (простые эфиры, а также продукты его окисления - кетоны, гидроксикетоны) вследствие высокой термостабильности, удовлетворительных реологических характеристик и бактерицидных свойств представляют большой интерес в качестве ценных компонентов смазочных масел, гидравлических и трансмиссионных жидкостей. Кроме того, адамантанол-1 является исходным сырьем для получения таких ценных лекарств как амантадин (симметрел), ремантадин и кемантан (Е.И.Багрий. Адамантаны. М.: Наука, 1989, 264 с. /1/).
Обычно адамантанол-1 (2) получают каталитическим окислением легкодоступного адамантана (1) различными окислителями, такими как кислород, пероксид водорода, гидропероксиды, иодобензол и др.
2
2
2
Так, в работе (Kitajima N., Ito М., Fukui Н., Moro-oka Y. Hydroxylation of alkanes and arenes using molecular oxygen. // J. Chem. Soc., Chem. Commun. - 1991 - №2 - P.102-104 /2/) описано каталитическое окисление адамантана с помощью O и HO в присутствии комплексов железа. Процесс протекает в мягких условиях (25°C, 3 часа) при обязательном присутствии металлического цинка.
По видимому, роль переходного металла в процессах окисления адамантана кислородом сводится к активации окислителя. В качестве примера следует привести окисление адамантана комплексом рутения, содержащим координационно связанную молекулу кислорода. Этот комплекс, взятый в стехиометрическом соотношении к адамантану (1), селективно окисляет его в адамантанол-1 (2) с выходом 61% (Che C.M., Leung W.H., Li C.K., Poon C.K. Synthesis, reactivities and electrochemistry of trans-dioxoruthenium (VI) complexes of π-aromatic diimines. // J. Chem. Soc., Dalton Trans. - 1991. - №3. - P.379-384) /3/.
2
2
6
2
3
2
Еще одним примером может служить окисление адамантана пероксидом водорода в ацетонитриле при 75°C в присутствии комплексов рутения - цис-[Ru(dmp)S]-(PF), где dmp-2,9-диметил-1,10-фенантролин, а S-CHCN или HO. Основным продуктом реакции является адамантанол-1 (2) (Goldstein A.S., Drago R.S. Hydroxylation of methane by a sterically hindered rhutenium complex // J. Chem. Soc., Chem. Commun. - 1991. - №1. - P.21-22) /4/.
катализатор:
Указанные методы имеют следующие недостатки.
1. Труднодоступность и дороговизна катализаторов (комплексов).
2. Большой расход катализатора (стехиометрические количества).
3. Значительные трудности при выделении целевого продукта из-за неполной конверсии адамантана и образования побочных продуктов: адамантанола-2 (3) и адамантанона-2 (4).
4. Процесс нетехнологичен из-за невозможности повторного использования катализатора.
Для окисления адамантана такими окислителями, как хлорит натрия, монопероксифталат магния и пероксосульфат калия в качестве катализаторов используются порфириновые комплесы марганца, а в качестве сокатализаторов применяют азотистые основания и межфазные катализаторы.
Хлорит натрия в присутствии катализатора MnCl (TMP) (TMP-5,10,15,20-тетракис(2,4,6-триметилфенил)порфириндианион) и 4-трет-бутилпиридина активно окисляет адамантан с преимущественной атакой третичного углеродного атома (Багрий Е.И., Нехаев А.И. Фотоинициированные превращения насыщенных углеводородов. Нефтехимия. - 1996. - Т.36. - №6. - С.483-494) /5/.
При окислении адамантана монопероксифталатом магния в присутствии комплекса марганца с 5,10,15,20-тетракис(2,6-дихлорфенил)порфирином конверсия (1) составила 84%, при селективности реакции по адамантанолу-1 (2) ~42%, остальная часть продуктов не была идентифицирована.
Недостатки метода:
1. Труднодоступность и дороговизна катализатора.
2. Использование большого количества неорганического окислителя, который практически нерастворим в органических растворителях.
3. Неселективность процесса, что усложняет выделение целевого продукта.
4. Образование значительного количества отходов (NaCl).
4
2
3
3
6
2
2
2
3+
Карбоксилатный комплекс марганца состава Mn O[(СН)C-COO](OH) катализирует гидроксилирование адамантана трет-бутилгидропероксидом (Taft K.L., Kulawiec R.J., Sarneski J.E., Crabtree R.H. Oxidation of hydrocarbons catalyzed by manganese carboxylate complexes. // Tetrahedron Lett. - 1989. - V.30. - №4, p.5689-5692) /6/. Шульпин Г.Б. Окисление насыщенных углеводородов трет-бутилпероксидом, катализируемое комплексами марганца. // Нефтехимия. - 2001. - Т.41. - №6. - С.440-448 /7/). Реакцию проводят в CHCl или в его смеси с бензолом при комнатной температуре. Основным продуктом реакции является адамантанол-1 (2).
Недостатки метода:
5. Сложная методика синтеза катализатора.
6. Использование большого количества взрыво- и пожароопасного окислителя - трет-бутилгидропероксида.
7. Образование трудноразделимой смеси адамантанола-1 и адамантанола-2.
4
4
3
2
2
Соли и комплексы рутения катализируют окисление адамантана с помощью периодата натрия при 40°C (Bakke J.M., Lundquist М. The RuO Oxidation of cyclic saturated hydrocarbons, formation of alcohols. // Acta Chem. Scand. Ser. B. - 1986. - V.40. - №6. - P.430-433) /8/. В среде ацетонитрила, четыреххлористого углерода и воды реакция идет селективно по узловому углеродному атому. По мнению авторов окисление проходит путем отщепления гидрид-иона с образованием карбкатиона. Катализатором служит RuO, при этом его не готовят специально, а добавляют в реакционную смесь RuCl (или RuO) n HO и смесь нагревают в течение 26 ч. Конверсия адамантана составляет 81%, содержание адамантанола-1 (2) в реакционной смеси не превышает 82%.
Недостатки метода:
1. Дороговизна катализатора.
2. Значительная продолжительность протекания процесса (26 часов).
4
3. Образование в результате реакции стехиометрического количества сильной кислоты HJO и необходимость ее нейтрализации (что предполагает образование неорганических отходов и сточных вод, подлежащих утилизации).
4. Усложнение процедуры выделения и очистки целевого продукта из-за неполной конверсии исходного адамантана.
4
6
2
Сравнительно недавно был предложен новый метод окисления адамантана с помощью метилгипобромита(MeOBr), который в условиях реакции генерируется in situ из CBr и МеОН под действием соединений молибдена и меди, таких как Mo(CO) и Cu(асас) при 100-150°C в течение 3-6 часов, при мольном соотношении [Mo или Cu]: [AdH]:[CBr4]:[MeOH]=l:100:100:1000:5000. Аналогичный результат был получен при использовании воды вместо метанола (Джемилев У.М., Хуснутдинов Р.И., Щаднева Н.А., Байгузина А.Р., Бурангулова Р.Ю., Смирнов А.А. / Способ получения адамантанола-1. Патент РФ, №2286332 (27.10.06)) /9/.
4
На основании сходства по четырем признакам (исходный реагент - адамантан, присутствие галоидметана, использование катализатора, образование в результате реакции адамантанола-1) за прототип взят метод окисления адамантана с помощью метилгипобромита (MeOBr), генерируемого in situ из CBr и MeOH под действием соединений молибдена и меди.
Недостатки прототипа:
1. Использование в качестве одного из компонентов окислительной системы метанола, требующего специальных условий хранения.
2. Неполная конверсия адамантана(85%).
4
3. Сложности с выделением целевого продукта из-за твердого агрегатного состояния CBr, который берется в реакцию в избытке.
Авторами предлагается способ получения адамантанола-1, не имеющий указанных недостатков.
4
2
4
3
2
2
2
Сущность способа заключается в гидроксилировании адамантана с получением адамантанола-1 (2) с помощью CCl, воды и амида пропионовой кислоты в присутствии ванадиевого катализатора - VO (acac) в течение 5-15 часов при 120-175°C при мольном соотношении [V]:[AdH]:[CCl]:[CHCHCONH]:[HO]=1:20:100:100:1000.
В оптимальных условиях реакции при полной конверсии адамантана единственным продуктом реакции является адамантанол-1(2).
Преимущества предлагаемого метода:
1. Использование вместо метилового спирта - воды, и как следствие - экологическая безопасность процесса.
2. Доступность и дешевизна исходных реагентов: четыреххлористого углерода и воды.
4
3. Использование вместо твердого CBr жидкого четыреххлористого углерода, являющегося отходом многих химических производств.
4. Количественный выход адамантанола-1(2).
Способ поясняется примерами.
2
4
Пример 1. В стеклянную ампулу (V=10 мл) помещали 0.1 ммоль VO(acac), 7 ммоль амида пропионовой кислоты, 1,5 ммоль 1-AdH, 10 ммоль четыреххлористого углерода (CCl), 50 ммоль воды. Ампулу запаивали и помещали в стальной микроавтоклав, который герметично закрывали, реакционную смесь нагревали при 175°C в течение 5 часов с перемешиванием.
После окончания реакции автоклав (ампулу) охлаждали до комнатной температуры, вскрывали. Реакционную смесь экстрагировали хлороформом или хлористым метиленом (5 мл×3р), растворитель отгоняли, остаток кристаллизовали из этанола.
-1
13
3
отн
Выделенный в виде белых кристаллов адамантанол-1 (2) имел следующие константы: т.пл. 246-247°C (этанол). ИК-спектр (ν, см): 1150, 3600 (OH). Спектр ЯМР C (CDCl, δ м.д.): 67.90(C-1), 45.32(C-2, C-8, C-9), 30.85 (C-3, C-5, C-7), 36.15 (C-4, C-6, C-10). Масс-спектр, m/z (J(%)):152[M]+(24), 29(7), 39(10), 41(12), 43(15), 53(5), 55(7), 67(5), 77(7), 79(5), 94(14), 95(100), 96(7), 109(5).
10
16
Найдено (%): С 78.87; Н 10.57. CHO. Вычислено (%): C 78.89; H 10.59; O 10.52.
Другие примеры(№2-12), подтверждающие способ, приведены в таблице.
Результаты опытов по синтезу адамантанола-1 реакцией адамантана с CCl<sub>4</sub>, водой в присутствии амида пропионовой кислоты под действием ванадийсодержащего катализатора - VO(acac)<sub>2</sub>
№ n/n
Мольное соотношение [V]:[AdH]:[CCl<sub>4</sub>]:[H<sub>2</sub>O]:[CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CONH<sub>2</sub>]
T, °C
t, ч
Конверсия 1, %
Выход 2, %
1
2
3
4
5
6
1
1: 20: 100:1000:0
175
5
52
9
2
1:20:0:1000:100
175
5
-
-
3
1: 20: 100:1000:1
175
5
32
13
4
1: 20: 100:1000:20
175
5
38
18
5
1:20: 100:1000:60
175
5
88
41
6
1: 20: 100:1000:100
175
5
98
90
7
1:20: 100:1000:100
150
5
84
55
8
1:20: 100:1000:100
150
10
87
61
9
1: 20: 100:1000:100
120
5
20
95
10
1: 20: 100:1000:100
120
10
73
70
11
1: 20: 100:1000:100
120
15
75
72
12
1: 20: 100:1000:100
80
5
-
-