Синтез ацеталей функционально-замещенных бензолкарбальдегидов

УДК 547.571

М. Б. Газизов, С. Ю. Иванова, Р. А. Хайруллин, К. С. Газизова, О. Д. Хайруллина, Р. Н. Бурангулова

СИНТЕЗ АЦЕТАЛЕЙ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЗАМЕЩЕННЫХ БЕНЗОЛКАРБАЛЬДЕГИДОВ

Ключевые слова: ацеталь, триалкилортоформиат, катализатор, гем-дигалогенид, ди(дегалогеноалкоксилирование).

Разработан новый метод синтеза ацеталей функционально-замещенных ароматических альдегидов каталитическим ди(дебромоалкоксилированием) дибромометиларенов с помощью триалкилортоформиатов. В качестве катализатора использовался безводный хлорид цинка. На первой стадии реакции образуется а-бромоэфир, который повторно дебромоалкоксилируется с образованием ацеталя. Избыток ортоэфира использовался для предотвращения образования соответствующего альдегида.

Keywords: acetal, trialkyl orthoformate, catalyst, gem-dihalide, di(dehaloalkoxylation).

New method for preparation of acetals of functionally substituted aromatic aldehydes was developed by catalytic di(debromoalkoxylation) of dibromomethylarenes using trialkyl orthoformates. Anhydrous zinc chloride was used as a catalyst. At the first reaction step а-bromoether is formed which is repeatedly debromoalkoxylated to form acetal. Excess of orthoether was used to prevent the formation of corresponding aldehyde.

Введение

Одним из старых методов синтеза ацеталей является взаимодействие легкодоступных органических гем-галогенидов с алкоголятами щелочных металлов [1-8]. При этом реализуется ди(дегалоге-ноалкоксилирование). Часто в реакцию вводились гем-дихлориды [3-7] и значительно реже использовались гем-дибромиды [8-10]. Основными недостатками этого метода являются необходимость приготовления алкоголята из щелочного металла, и алкоксид-анион, будучи сильным основанием, затрагивает имеющиеся функциональные группы. Поэтому в прежнем виде метод уступает современным способам синтеза ацета-лей из альдегидов с использованием спиртов, орто-эфиров, диметилсульфита, тетраалкоксисиланов [1, 2], в том числе ацеталей фталевых альдегидов [9-15].

Ранее на примере бензилиденхлорида для ди(дехлороалкоксилирования) вместо алкоголята нами был использован легкодоступный апротонный неионогенный реагент — триалкилортоформиат [16]. Однако реакция протекала лишь при 225 °С в течение 28 часов. В развитие этого подхода нами было осуществлено каталитическое ди(дебромоалкоксилирование) функционально-замещенных дибромометиларенов (1) с помощью триалкилортоформиатов (2). Хлорид цинка (3) использовался в качестве катализатора, который, будучи мягкой кислотой Льюиса, не образовывал прочный

СНВг2 Г СН(ОР)Вг"

- X + HC(OR)3 '

0.1 mol % ZnCl2, 3

-

HC(OR)3

-

CH(OR)2

5

1: Х= 4-СН(ОМе)2 (а), 4-СООМе (б), 3-ОСОМе (в), 4-СНВг2 (г).

5: Х= 4-СН(ОМе)2, Р=Ме (а); Х= 4-СН(ОЕЦ2, Р=Е1 (б); Х= 4-СООМе, Р=Ме (в);

Х= 4-СООМе, Р=Е1 (г); Х= 3-ОСОМе, Р=Ме (д).

комплекс с имеющимися в молекуле функциональными группами. При использовании 0.1 мольного % 2пС!2 реакция завершается за 2 часа при 80 °С.

При использовании диметилового ацеталя бен-зальдегида СбН5(ОМе)2 (6) в качестве дебромоалкок-силирующего реагента промежуточный а-бромоэфир (4) отщепляет метилбромид, превращаясь в соответствующий альдегид. Ортоэфир (2), в отличие от аце-таля (6), оказался способным повторно дебромоалкок-силировать бромоэфир (4) с образованием ацеталя (5). Использовался 2.1-4.0 эквивалента ортоэфира на каждую дибромометильную группу, чтобы в реакционной смеси всегда был избыток ортоэфира. Это способствовало дебромоалкоксилированию бромоэфира (4) и предотвращало образование альдегида.

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР 1Н и 13С снимали на приборах Tesla BS-567A с рабочей частотой 100 МГц и AVANCE 400WB (рабочая частота 400.13 и 100.61 МГц) в CDCl3. Химические сдвиги указаны относительно ТМС, используя сигналы остаточных протонов и ядра углерода дейтерированного растворителя.

Взаимодействие 1-(дибромометил)-4-

Смесь 1.61 г (5 ммоль) соединения (1а) и 2.12 г (20 ммоль) триметилортоформиата (2) и 0.07 г (0.5 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 80 °C в течение 2 часов. После отгонки избытка ортоэфира в вакууме водоструйного насоса получали 1.11 г (98%) бис(диметилового) ацеталя терефталевого альдегида (5а) в виде бесцветных кристаллов т. пл. 53 °С, (т. пл. 53 °С [13]). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), 5, м. д.: 3.13 с (12Н, OMe), 5.23 с (2Н, СН02), 7.26 с (4Н, С6Н4). Спектр ЯМР 13С (CDCl3), 5, м. д.: 52.1 с (OMe), 102.4 с (CH02), 126.6, 138.1 с (С6Н4).

Взаимодействие метил-4-

(дибромометил)бензолкарбоксилата (1б) с тримети-лортоформиатом (2).

Соотношение 1:4. Смесь 0.63 г (2 ммоль) соединения (1б) и 0.85 г (8 ммоль) триметилортоформиата (2) и 0.03 г (0.2 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 80 °C в течение 2 часов. Экстрагированием изоокта-

X

2

4

X

ном выделяли 0.34 г (81%) метил-4-(диметоксиметил)бензолкарбоксилата (5в) в виде бесцветного масла [9-11]. Спектр ЯМР 1Н (СйС!3), 5, м. д.: 3.21 с (6Н, ОМе), 3.84 с (3Н, СООМе), 5.35 с (1Н, СН02), 7.43 д и 7.94 д (4Н, С6Н4, ^ 8.2 Гц). Спектр ЯМР 13С (СйС!3), 5, м. д.: 51.9 с (СООМе), 52.2 с (ОМе), 101.8 с (СН02), 126.8, 126.9, 129.4, 129.5, 130.1, 142.8 с (С6Н4), 166.3 с (СО).

Взаимодействие метил-4-

Соотношение 1.0:2.6. Смесь 1.5 г (4.9 ммоль) соединения (1б) и 1.9 г (12.8 ммоль) триэтилортоформиата (2) и 0.07 г (0.49 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 80°С в течение 4 ч. Экстрагированием изооктаном получали 0.87 г смеси метил-4-(диэтоксиметил)бензолкарбоксилата (5г) и этил-4-(ди-этоксиметил)бензолкарбоксилата 4-(ЕЮ)2СНС6Н4С00Е1 (5е) в соотношении 1.7:1.0, которые в индивидуальном виде не удалось выделить, но они были идентифицированы методом ЯМР :Н; в спектре обнаруживали резонансные сигналы атомов водорода метоксикарбонила при 5 3.93 м. д. с (3Н, СООМе) и этоксикарбонила при 5 1.43 т (3Н, 0СН2Ме, 3инн 7 Гц) и 5 4.40 м. д. к (2Н, 0СН2, ^ 7 Гц).

Взаимодействие 3-

Смесь 2.48 г (8 ммоль) соединения (1в) и 3.40 г (32 ммоль) триэтилортоформиата (2) и 0.1 г (0.8 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 50 °С в течение 1 часа. Ввиду появления в спектре ЯМР 1Н слабого сигнала альдегидного протона (10.03 м. д.), добавляли 2.55 г (24 ммоль) соединения (2) и нагревали смесь еще 2 часа при 50 °С. После отгонки избытка орто-эфира в вакууме водоструйного насоса экстрагированием изооктаном получали 0.5 г (30%) 3-(диметоксиметилфенил)ацетата (5д) в виде бесцветного масла. Спектр ЯМР 1Н (СБС13), 5, м. д.: 2.35 с (3Н, СОМе), 3.38 с (6Н, ОМе), 5.51 с (1Н, СН02), 7.12-7.46 м (4Н, С6Н4). Спектр ЯМР 13С (СБС13), 5, м. д.: 20.9 с (СОМе), 52.0 с (ОМе), 101.6 с (СН02), 120.2, 121.5, 124.1, 127.1, 127.5, 129.9, 139.8 с (С6Н4), 168.7 с (СО). Найдено, %: С 62.63; Н 6.59. С„н14О4. Вычислено, %: С 62.86; Н 6.67.

Взаимодействие 1,4-бис

Соотношение 1.0:4.2: а) с триметилортоформиатом. Смесь 15 г (35.5 ммоль) тетрабромида (1г) и 15.82 г (149.1 ммоль) соединения (2) и 0.48 г (3.55

ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 80 °C в течение 2 часов. Перегонкой реакционной смеси в глубоком вакууме получали б.05 г (7б%) соединения (5а) в виде бесцветных кристаллов, т. пл. 53 °С, (т. пл. 53 °С [13]), т. кип. 107°С (0.1 мм рт. ст.), (т. кип. 105-110°С (1.0 мм рт. ст.) [11], т. кип. 138-138°С (9 мм рт. ст.) [13]). Спектр ЯMР 1Н (CDCl3), S, м. д.: 3.09 с (12Н, OMe), 5.20 с (2Н, CHG2), 7.23 с (4Н, С6Н4).

б) с триэтилортоформиатом. Смесь 15 г (35.5 ммоль) тетрабромида (1г) и 22.1 г (149.1 ммоль) соединения (2) и 0.48 г (3.55 ммоль) хлорида цинка (3) нагревали при 80 °C в течение 4.5 часов. Перегонкой реакционной смеси в глубоком вакууме получали б.8 г (б8%) бис(диэтилового) ацеталя терефталевого альдегида (5б) в виде бесцветной жидкости, т. кип. 119120 °С (0.1 мм рт. ст.), (т. кип. 107-108 °С (0.001 мм рт. ст.) [12]). Спектр ЯMР 1Н (CDCl3), S, м. д.: 1.17 т (12Н, GCH2Me, 3JHH 7 Гц), 3.49 к (8H, GCH2, 3JHH 7 Гц), 5.44 с (2Н, CHG2), 7.37 с (4Н, С6Н4).

Работа выполнена при финансовой поддержке Mинобрнауки РФ (НИР № 1б29, выполняемой в рамках базовой части госзадания в сфере научной деятельности по заданию № 5б / 2014).

Литература

1. J. March, Advanced Organic Chemistry. Reactions, Mechanisms and Structure. John Wiley and Sons. N. Y, 1992. 387 p.

2. Л.А. Яновская, С.С. Юфит, В.Ф. Кучеров, Химия ацета-лей. M., Наука, 1975. 273 с.

3. E. Monroe, C. Hand, J. Amer. Chem. Soc., 72, 5345-534б (1950).

4. R.B. Moffett, Org. Synth. Call, 4, 427-428 (19б3).

5. K. S^ank, Ber, 100, 2292-2295 (19б7).

6. M. Chastrette, Ann. Chim, 7, б43-бб8 (19б2).

7. G. Cavallini, J. Med. Chem, 7, 255-258 (19б4).

8. E. Kober, C. Grundmann, J. Amer. Chem. Soc., SO, 55475551 (1958).

9. A. Clerici, N. Pastori, O. Porta, Tetrahedron, 54, 15б79-15б90 (1998).

10. H. NaO, K. Kiyoshi, S. Tsuneo, S. Hisashi, Synlett, б, 1074-107б (2004).

11. C. Wiles, P. Watts, S.J. Haswell, Tetrahedron, 61, 52095217 (2005).

12. I.T. Crosby, G.A. Pietersz, J.A. Ripper, Aust. J. Chem., 6l, 138-143 (2008).

13. Г.В. Криштал, Г.M. Жданкина, Е.П. Серебряков, Изв. АН СССР. Сер. хим., 5, 910-913 (1993).

14. W. Ehrlichmann, K. Friedrich, Chem. Ber, 94, 2217-2220 (19б1).

15. E. Schmitz, Chem. Ber, 91, 410-414 (1958).

16. Mí. Газизов, KM. Газизов, M.А. Пудовик, А.А. Mуха-мадиев, Р.Ф. Каримова, А.И. Садыкова, О.Г. Синяшин, Доклады РАН, 381, 2, 207-209 (2001).

© М. Б. Газизов - д-р хим. наук, проф. каф. органической химии КНИТУ, mukattisg@mail.ru; С. Ю. Иванова - аспирант каф. органической химии КНИТУ, ivanova.s.u@mail.ru; Р. А. Хайруллин - канд. хим. наук, доцент каф. органической химии КНИТУ, khairullin_rafail@mail.ru; К. С. Газизова - зав. лаб. каф. органической химии КНИТУ, mukattisg@mail.ru; О. Д. Хай-руллина - канд. хим. наук, асс. каф. органической химии КНИТУ, olga.hairullina@mail.ru; Р. Н. Бурангулова - канд. хим. наук, доцент каф. органической химии КНИТУ, rburangulova@mail.ru.

© M. B. Gazizov - Doctor of Chemistry, Professor of Organic Chemistry KNRTU, mukattisg@mail.ru; S. Yu. Ivanova - graduate student of Organic Chemistry KNRTU, ivanova.s.u@mail.ru; R. A. Khairullin - PhD, associate professor of Organic Chemistry KNRTU, khairullin_rafail@mail.ru; K. S. Gazizova - Head of the laboratory of Organic Chemistry KNRTU, mukattisg@mail.ru; O. D. Khairullina - PhD, assistant of Organic Chemistry KNRTU, olga.hairullina@mail.ru; R. N. Burangulova - PhD, associate professor of Organic Chemistry KNRTU, rburangulova@mail.ru.