СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИЦИКЛО[4.2.1]НОНА-2,4-ДИЕНОВ
METHOD OF PRODUCING BICYCLO[4,2,1]NONA-2,4-DIENES

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, конкретно, к способу получения бицикло[4.2.1]нона-2,4-диенов общей формулы (1):
Указанное соединение относится к классу напряженных энергоемких систем и может найти применение в качестве компонентов высокоэнергетических горючих для воздушно-реактивных ракетных систем (G.W. Burdette, H.R. Lander, J.R. McCoy, J. Energy. 1978, 2, 289), полупродуктов в синтезе современных медицинских препаратов, проявляющих противоопухолевую, противовирусную и другие виды активности (N.A. Petasis, M.A. Patane, Tetrahedron. 1992, 48, 5757).
6
Известен способ [J.H. Rigby, S.B. Laurent, Z. Kamal, M.J. Heeg Chromium(0)-promoted [6π+2π] cycloadditions of allenes with cycloheptatriene // J. Org. Lett, 2008, V.10, P.5609] получения бицикло[4.2.1]нона-2,4-диена (1) реакцией фотохимического [6π+2π]-циклоприсоединения 1,2-диенов к (η-циклогептатриен)трикарбонилхрому(0):
В ряде случаев описанная реакция проходит с низкой регио- и стереоселективностью, которая, в свою очередь, существенно зависит от стерических и электронных факторов, оказываемых заместителями при алленовой группировке.
2
2
Известен способ [Н. Clavier, K.L. Jeune, I. Riggi, A. Tenaglia, G. Buono Highly selective cobalt-mediated [6+2] cycloaddition of cycloheptatriene and allenes // J. Org. Lett, 2011, V.13, P.308] получения бицикло[4.2.1]нона-2,4-диена (1) реакцией [6π+2π]-циклоприсоединения 1,2-диенов к 1,3,5-циклогептатриену (ЦГТ) в присутствии каталитической системы [CoI, dppe, Zn, ZnI]:
Недостатком известного способа является отсутствие реакций с Alk, Si-замещенными 1,2-диенами, циклическими алленами, винилиденциклоалканами. Содимеризация с 1,1-дизамещенными алленами проходит с трудом. Так, для получения аддукта с 1-метил-1-фенилпропа-1,2-диеном требуются высокие энергозатраты (90°С) и продолжительное время (16 ч).
4
2
Известен способ [V.A. Dyakonov, G.N. Kadikova, U.M. Dzhemilev. Ti-catalyzed [6π+2π] cycloadditions of allenes with 1,3,5-cycloheptatriene // Tetrahedron Letters, 2011, V.52, P.2780] получения циклоаддукта (2) реакцией [6π+2π]-циклоприсоединения 1,2-диенов к ЦГТ в присутствии каталитической системы TiCl-EtAlCl при температуре 80°С в бензоле за 8 часов по схеме:
4
Однако препаративные возможности данной реакции ограничиваются необходимостью применения растворов не стабильного TiCl.
Предлагается новый способ синтеза бицикло[4.2.1]нона-2,4-диенов общей формулы (1).
2
2
2
2
2
2
Сущность способа заключается во взаимодействии 1,2-диенов общей формулы (2) с ЦГТ в присутствии каталитической системы Ti(acac)Cl-EtAlCl, при мольном соотношении 1,2-диен:ЦГТ:Ti(acac)Cl:EtAlCl=(10-14):10:(0.1-0.3):4, предпочтительно 12:10:0.2:4. Реакцию проводят в ампуле при 20-80°С. Время реакции 6-48 ч, выход целевого продукта 30-87%. В качестве растворителя необходимо использовать бензол.
Реакция протекает по схеме:
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
3
Целевые продукты (1) образуются только лишь с участием 1,2-диенов, ЦГТ и каталитической системы Ti(acac)Cl-EtAlCl. В присутствии других комплексов переходных металлов (например, CpZrCl, CpTiCl, Zr(acac), Pd(acac), Ni(acac), Fe(acac)) целевые продукты (1) не образуются.
2
2
2
2
Проведение реакции в присутствии катализатора Ti(acac)Cl больше 0.3 ммоль на 10 ммоль ЦГТ не приводит к существенному увеличению выхода целевых продуктов (1). Использование в реакции катализатора Ti(acac)Cl менее 0.1 ммоль на 10 ммоль ЦГТ снижает выход аддукта (1), что связано с уменьшением каталитически активных центров в реакционной массе. Опыты проводили при 20-80°С. При более высокой температуре (например, 100°С) происходит уменьшение выхода содимеров, вероятно, вследствие побочных процессов разложения и полимеризации. При меньшей температуре (например, 20°С) снижается скорость реакции.
Существенные отличия предлагаемого способа:
2
2
2
Предлагаемый способ базируется на использовании в качестве исходных реагентов 1,3,5-циклогептатриена и 1,2-диенов в присутствии каталитической системы Ti(acac)Cl-EtAlCl. В известных способах аддукт (1) получают:
6
- в присутствии комплекса (η-циклогептатриен)трикарбонилхрома(0) и 1,2-диенов;
2
2
- в присутствии каталитического комплекса [CoI, dppe, Zn, ZnI];
4
2
- в присутствии каталитической системы TiCl-EtAlCl.
Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:
1. Способ позволяет получать с высокой регио- и стереоселективностью индивидуальные бицикло[4.2.1]нона-2,4-диены (1).
2
2
2. Используемый катализатор на основе бис-ацетилацетоната титандихлорида [Ti(acac)Cl] обладает рядом преимуществ по сравнению с комплексами других переходных металлов благодаря высокой стабильности, кристалличности, что значительно упрощает его применение в препаративных целях.
2
2
4
3. Применение бис-ацетилацетоната титандихлорида [Ti(acac)Cl] позволяет существенно снизить энергозатраты на получение целевых содимеров за счет понижения температуры реакции до 20°С в отличие от известного метода с TiCl (80°С).
Способ поясняется следующими примерами:
2
2
2
2
5
ПРИМЕР 1. В термостатированную (~0°С) стеклянную ампулу в атмосфере сухого аргона загружали 1 г (10 ммоль) 1,3,5-циклогептатриена, 1.7 г (12 ммоль) гепта-1,2-диена, 0.063 г (0.2 ммоль) Ti(acac)Cl и 4 мл сухого бензола. Ампулу охлаждали до температуры жидкого азота, загружали 0.6 мл (4 ммоль, 90.2%) EtAlCl в 1 мл бензола и запаивали. После нагревания при 40°С в течение 6 ч, ампулу вскрывали, содержимое обрабатывали СНОН. Получали 7-пентилиденбицикло[4.2.1]нона-2,4-диен (1) с выходом 60%.
Спектральные характеристики аддукта (1):
1
3
3
2
2
2
2
2
д
т
2
2
Спектр ЯМР Н (CDCl, δ, м.д.) 7-пентилиденбицикло[4.2.1]нона-2,4-диена (1): 0.91 (т, 3H, СН, J=7 Гц); 1.16-1.25 (м, 4Н, С(12,13)Н); 1.31-1.33 (м, 1Н, С(11)Н); 1.92-1.94 (м, 1Н, С(11)Н); 1.93 (д, 1H, С(9)Н, J=12 Гц): 2.21 (дт, 1Н, С(9)Н, J=12, J=7 Гц); 2.46 (дд, 1Н, С(8)Н, J=7 Гц); 2.54 (д, 1Н, С(8)Н, J=16 Гц); 2.77 (к, С(1)Н, J=8 Гц); (Е) 3.29-3.31 (м, 11-1, С(6)Н); (Z) 3.42-3.44 (м, 1Н, С(6)Н); 5.15 (т, 1Н, С(10)Н, J=7 Гц); 5.60-5.62 (м, 2Н, С(3,4)Н); 6.04-6.07 (м, 2Н, С(2,5)Н);
13
3
Спектр ЯМР С (CDCl, δ, м.д.) 7-пентилиденбицикло[4.2.1]нона-2,4-диена (1): (Е): 14.08 (С(14)); 22.63 (С(13)); 31.73 (С(12)); 32.19 (С(9)); 32.14 (С(11)); 38.56 (С(1)); 42.24 (С(8)); 45.46 (С(6)); 120.92 (С(10)); 123.09 (С(4)); 123.47 (С(3)); 138.2 (С(5)); 138.80 (С(2)); 151.31 (С(7)). / (Z): 14.08 (С(14)); 22.63 (С(13)); 31.53 (С(11)); 31.73 (С(12)); 32.91 (С(9)); 39.16 (С(1)); 47.31 (С(8)); 43.13 (С(6)); 118.98 (С(10)); 123.64 (С(4)); 124.30 (С(3)); 136.67 (С(5)); 137.93 (С(2)); 149.52 (С(7)).
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ п/п
1,2-диен
R<sup>1</sup>
R<sup>2</sup>
R
Мольное соотношение 1,2-диен:ЦГТ:Ti(асас)<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>:Et<sub>2</sub>AlCl, ммоль
Температура, °С
Время реакции, ч
Выход (1), %
1
гепта-1,2-диен
Bu
H
H
12:10:0.2:4
40
6
60
2
гепта-1,2-диен
Bu
H
H
12:10:0.2:4
80
6
48
3
гепта-1,2-диен
Bu
H
H
12:10:0.2:4
60
6
61
4
гепта-1,2-диен
Bu
H
H
12:10:0.2:4
20
48
55
5
гепта-1,2-диен
Bu
H
H
14:10:0.2:4
40
6
62
6
гепта-1,2-диен
Bu
H
H
10:10:0.2:4
40
6
58
7
гепта-1,2-диен
Bu
H
H
12:10:0.3:4
40
6
63
8
гепта-1,2-диен
Bu
H
H
12:10:0.1:4
40
6
36
9
нона-1,2-диен
Hex
H
H
12:10:0.2:4
40
6
66
10
фенилпропа-1,2-диен
Ph
H
H
12:10:0.2:4
40
6
81
11
Бензилпропа-1,2-диен
Bn
H
H
12:10:0.2:4
40
6
77
12
1,2-циклононадиен
-(СН<sub>2</sub>)<sub>6</sub>-
H
-(СН<sub>2</sub>)<sub>6</sub>-
12:10:0.2:4
40
6
69
13
Винилиденциклогексан
-(СН<sub>2</sub>)<sub>5</sub>-
-(СН<sub>2</sub>)<sub>3</sub>-
H
12:10:0.2:4
40
6
79
14
1-Метил-1-фенилпропа-1,2-диен
Ме
Ph
H
12:10:0.2:4
40
6
83
15
1,1-Дифенилпропа-1,2-диен
Ph
Ph
H
12:10:0.2:4
40
6
87
16
2,3-бутадиенил(триметил)силан
CH<sub>2</sub>TMS
Н
H
12:10:0.2:4
40
6
82
17
(2-бутил-2,3-бутадиенил)(триметил)силан
Bu
CH<sub>2</sub>TMS
H
12:10:0.2:4
40
6
85