СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1-АДАМАНТИЛАЛКИЛОВЫХ ЭФИРОВ
METHOD OF PRODUCING 1-ADAMANTYLALKYL ESTERS

Изобретение относится к области органического синтеза, в частности к способу получения 1-адамантилалкиловых эфиров.
10
16
3
2
5
3
7
4
9
5
11
8
17
5
10
6
12
6
5
2
1-Адамантилалкиловые эфиры формулы CHOR (1), где R=CH(1a), CH(1b), н-CH(1с), н-CH(1d), н-CH(1e), H-CH(1f), CH(1g), CH(1b), CHCH(1i), применяются в синтезе лекарственных препаратов и используются в качестве добавок смазочных масел и трансмиссионных жидкостей, повышающих окислительную стабильность и вязкость [1. Е.И.Багрий, Адамантаны М.: Наука, 1989, 264; 2. R.C. Fort // Adamantane: The Chemistry of Diamond Molecules. N.Y.: Dekker, 1976, 385].
2
Наиболее известным методом получения 1-адамантилалкиловых эфиров является фотолиз смеси галоидадамантанов со спиртами (Hg-лампа низкого давления, λ 254 нм, в атмосфере N) [2. PJ. Kropp, G.S. Poindexter, N.J. Pienta, D.C. Hamilton // J.Am. Chem. Soc, 1976, 98(25), 8135-8144; 3. R.R Perkins, P.E. Pimcock // Tetrahedron Lett., 1975, 11, 943-946; 4. J.B. Miller, J.R. Salvador // J. Org. Chem. 2002, 67, 435-442; 5. P.J. Kropp, R.L. Adkins // J.Am. Chem. Soc, 1991, 113(7), 2709-2717].
Так, при фотолизе 1-иодадамантана (2) в метаноле в течение 24 часов (атмосфера азота) с выходом 90% образуется 1-метоксиадамантан (1а) при конверсии 1-иодадамантана (2) ~ 100%. При насыщении раствора кислородом выход эфира 1-метоксиадамантана (1а) снижается до 90%, так как наряду с последним образуется адамантанол-1 (3) (выход 10%).
Реакция 1-бромадамантана (4) с метанолом при облучении ртутной лампой проходит за более продолжительное время (48 ч), при этом снижается селективность реакции из-за восстановления (4) до адамантана (5).
1-Адамантил-трет-бутиловый эфир из 1-бромадамантана и t-BuOH был получен за более продолжительное время (144 ч) при облучении лампой 1000 W Hg/Xe [4. J.B. Miller, J.R. Salvador J. Org. Chem. 2002, 67, 435-442]
При использовании вместо метанола этанола или этиленгликоля были получены соответственно 1-этоксиадамантан (lb) (выход 98%) и 1-(2-гидроксиэтокси)адамантан (1j) (выход 83%)
Недостатки:
1. Значительная продолжительность реакции (20-48 часов).
2. Невозможность масштабирования реакции, так как фотохимические реакции проходят исключительно в прозрачном стеклянном и кварцевом оборудовании, объем которого строго лимитирован.
Реакция 1-бромадамантана (4) с метанолом в присутствии оксида серебра приводит к образованию 1-метоксиадамантана (1а) с выходом 91% за 15 часов [6. Р.Н.Owens, G.J.Gleicher, L.M.Smith // J. Am. Chem. Soc, 1968, 90(15), 4122-4126]
В работе [7. К. Tanemura, Т. Suzuki, Y. Nishida, К. Satsumabayashi, Т. Horaguchi // J. Chem. Soc, Perkin Trans.I, 2001, 3230-3231] для получения метиладамантилового эфира адамантан последовательно обработали окислителем 2,3-дихлор-5,6-дициано-пара-бензохиноном (DDQ) в трифторметансульфоновой кислоте при комнатной температуре, затем провели метанолиз
Недостатки:
1. Применение труднодоступных и дорогостоящих вспомогательных реагентов 2,3-дихлор-5,6-дициано-пара-бензохинона и трифторметансульфоновой кислоты в стехиометрическом количестве.
2. Образование большого количества отходов.
1-Метоксиадамантан (1а) и 1-этоксиадамантан (lb) были получены с умеренным выходом электролизом 1-адамантанкарбоновой кислоты (6) в присутствии метилата (этилата) натрия в среде метанола или этанола с добавками уксусной кислоты. Катодом служил платиновый электрод при силе токе 2А и напряжении 65 В
Из-за низкого выхода целевых продуктов, труднодоступности исходного реагента и малой производительности данный способ представляет лишь теоретический интерес [8. В.Ф.Баклан, С.С.Гуц // "Вести Киевск. политехн. института. Сер. хим.-технол", 1966, 2, 3-5].
1-Метоксиадамантан (1а) был получен окислением 1-иодадамантана (2) с помощью мета-хлорнадбензойной кислоты (7), взятой в трехкратном избытке, в среде метанола [9. R.I. Davidson, P.J. Kropp // J. Org. Chem, 1982, 10, 1904-1909]. Реакция проходит неселективно и приводит к образованию смеси 1-метоксиамантана (1а) (выход 84%) и адамантанола-1 (3) (выход 16%)
Недостатки:
1. Труднодоступность и дороговизна исходных реагентов - 1-иодадамантана (2) и надкислоты (7).
2. Большой расход окислителя (3 моля на 1 моль реагента).
3. Повышенная опасность процесса из-за использования высокореакционной надкислоты.
4. Образование большого количества агрессивных отходов (3 моля метахлорбензойной кислоты (8)).
5. Значительные трудности при выделении целевого продукта, связанные с нейтрализацией мета-хлорбензойной кислоты и удалением ее натриевой соли из реакционной массы.
Известен метод получения 1-метоксиадамантана (1а) из 1-хлорадамантана (9) и 1-йодадамантана (2) в присутствии избытка перхлората серебра, реакция протекает при комнатной температуре в метаноле
Реакция частично обратима, поэтому выпавший осадок необходимо срезу же отфильтровать. Избыток ионов хлора осаждают добавлением перхлората серебра в ацетоне [10. D.N.Kevill, К.С.Kolwysk, F.L.Weite // J. Am. Chem. Soc, 1970, 92(25), 7300-7306; 2. G. Poindexter, P.J. Kropp //J. Org. Chem. 1976, 41(7), 1215].
4
По указанной методике из 1-иодадамантана (2), 2-пропанола в присутствии AgC1О был получен 1-адамантилизопропиловый эфир (lk) с выходом 83%. Аналогичным способом был получен 1-адамантан-трет-бутиловый эфир (11) (80%).
Недостатки:
4
1. Большой расход катализатора дорогостоящего и взрывоопасного AgC1О, который используется в эквимолярном количестве или избытке по отношению к 1-хлорадамантану (9).
4
2. Использование стехиометрических количеств AgClO влечет за собой целый ряд негативных последствий. Например, сильно усложняется процедура выделения и очистки целевого продукта.
3. Образуется значительное количество неорганических отходов (AgCl) и сточных вод, которые необходимо утилизировать, что требует больших трудо- и энергозатрат.
4
4. Процесс в целом является нетехнологичным и дорогим (большой расход катализатора, образование отходов, добавление дополнительной технологической стадии по осаждению катализатора, невозможность повторного использования дорогостоящего AgClO в связи с его превращением в нерастворимый в воде хлорид серебра.
4
4
5. Образование стехиометрического количества взрывоопасной кислоты НС1О (которая обладает высокой окислительной активностью), необходимость ее нейтрализации и образование отходов NaClO.
3
4
3
2
2
В работе [11. У.М. Джемилев, Р.И. Хуснутдинов, Н.А. Щаднева, А.И. Маликов Пат. RU 2145593 (1998); 12. Р.И. Хуснутдинов, Н.А. Щаднева, А.И.Маликов, У.М. Джемилев // Нефтехимия. 2000, 40 (6), 458] защищен метод получения 1-адамантилалкиловых эфиров алкоголизом 1-хлорадамантана (9) с помощью спиртов под действием катализаторов комплексов палладия, таких как Pd(PPh) и Pd(PPh)Cl при 160°C. В оптимальных условиях выходы 1-адамантилалкиловых эфиров достигают 90-98%. Такие выходы получены в присутствии Pd-содержащего катализатора, предварительно активированного при 200°C
Недостатки:
1. Дороговизна катализаторов - трифенилфосфиновых комплексов палладия.
2. Необходимость предварительной активации катализатора при 200°C делает процесс двухстадийным, что повышает его трудоемкость.
Известен способ получения 1-этоксиадамантана (lb) реакцией 1-фторадамантана (10). В этом случае реакция проходит за 24 часа с выходом 97%
Недостатки:
1. Необходимость применения ядовитого эфирата трехфтористого бора.
3
2. Применение малодоступных 1-фторадамантана (10) и кремнийорганического реагента EtOSiMe.
2
4
2
1-Адамантилбутиловый эфир (1d) был получен из 1-бромадамантана (4) и н-бутанола в присутствии Ag(SO) с выходом 88%. Процесс ведется при 70-90°C в течение 1,5-3 часов [13. Н. Xiao-chun, К. Li-chun. // Hecheng Huaxue, 2008, 16(4), 467-469, 471]:
Недостатки:
2
4
2
1. Использование стехиометрических количеств дорогостоящего Ag(SO) влечет за собой усложнению процедуры выделения и очистки целевого продукта.
2. Образуется значительное количество неорганических отходов (AgBr) и сточных вод, которые необходимо утилизировать, что требует больших трудо- и энергозатрат.
2
4
3. Образование стехиометрического количества кислоты HSO, необходимость ее нейтрализации
3
В работе [14. E.L. Тае, С.Ventre, Z. Zhu, I. Likhotvorik, F. Ford, E. Tippmann, M.S. Platz // J. Phys. Chem. A., 2001, 105, 10146-10154] предложен способ получения 1-адамантилметилового эфира из AdOH-1 (3), NaH и CHI с выходом 99%
Недостатки:
1. Пожароопасность процесса из-за применения сильного восстановителя - NaH.
2. Необходимость применения дорогостоящего метилйодида и абсолютированного растворителя - тетрагидрофурана.
3. Образование побочного продукта - йодида натрия в стехиометрическом количестве.
1-Адамантилбензиловый эфир синтезировали из адамантанола-1 и 2-бензилокси-1-метилпиридиний трифлата в присутствии MgO [15. K.W.Poon, G.Dubley // J. Org. Chem, 2006, 71(10), 3923-3927; 16. G. Dubley. Пат. US 7754909 (2010)]
Недостатки:
1. Необходимость применения 2-кратного избытка 2-бензилокси-1-метилпиридиний трифлата (бензилирующий агент).
3
2
1-Адамантилалкиловые эфиры были получены из 1-адамантанола (9) с диалкоксиметаном в присутствии SAC-13 твердой суперкислоты (новый тип перфторсульфокислоты Nation) или в присутствии пара-толуолсульфокислоты или BF-OEt в качестве побочного продукта при получении ацеталей [17. I. Ledneczki, A. Molnar // Synth. Commun., 2004, 34(20), 3683-3690]
Недостатки:
1. Использование большого избытка труднодоступных диалкоксиметанов.
2. Применение дорогостоящей суперкислоты SAC-13, производимой компанией Du Pont (стоимость 10 г катализатора [31175-20-9] 85.70 €).
Наиболее близким к изобретению является способ получения 1-адамантилфениловых эфиров, описанный в [18]. 1-Адамантилфениловые эфиры были получены при взаимодействии 1-адамантанола (3) с фенолом и его производными в присутствии катализатора CuCl и дициклогексилкарбодиимида (водоотнимающий реагент) [18. U. Kraatz. // Chem. Ber. 1973, 106, 3095-3096]
Прототип имеет следующие недостатки:
1. Необходимость использования водоотнимающего реагента - токсичного дициклогексилкарбодиимида в стехиометрическом количестве.
2. Образование большого количества отходов дициклогексилкарбодиимида.
3. Низкий выход эфиров.
Авторами предлагается следующий способ получения 1-адамантилалкиловых эфиров.
2
Сущность способа заключается в проведении реакции межмолекулярной дегидратации между 1-адамантанолом (3) и спиртами под действием катализатора Cu(асас) при 175-220°С в течение 4-10 ч при мольном соотношении [катализатор]:[адамантанол]:[спирт]=1-50:100:500-1600. При оптимальных условиях [катализатор]:[адамантанол]:[спирт]=10:100:1000, 220°С, 6 ч выход метилового эфира адамантана составил 95%, этилового 32%, н-пропилового 31%, н-бутилового 25%, н-пентилового 17%, н-октилового 16%, бензилового 58%, циклопентилового 39%, циклогексилового 21%.
Процесс проводится в микроавтоклаве и отличается высоким выходом метилового эфира. Непрореагировавший 1-адамантанол после выделения декантацией гексаном может быть возвращен в реакцию
В случае этилового, н-пропилового и других спиртов реакция образования соответствующих эфиров проходит с ~100% селективностью при неполной конверсии 1-адамантанола (3), который легко отделяется от эфира и может быть возвращен в реакцию.
Существенные отличия предлагаемого способа от прототипа
2
Для получения адамантилалкиловых эфиров используют 1-адамантанол (3), доступные алифатические и циклоалифатические спирты и катализатор Cu(асас).
Предлагаемый способ поясняется примерами.
ПРИМЕР 1. Реакции проводили в стеклянной ампуле объемом 10 мл, помещенной в микроавтоклав из нержавеющей стали объемом 17 мл, при постоянном перемешивании и регулируемом нагреве.
2
В ампулу в токе аргона загружали 10 ммоль Cu(асас), 100 ммоль 1-адамантанола, 1000 ммоль спирта (метанол, этанол, н-пропанол, н-бутанол, н-пентанол, н-октанол, бензиловый спирт, циклопентанол, циклогексанол). Запаянную ампулу помещали в автоклав, автоклав герметично закрывали и нагревали при 220°С в течение 6 ч при постоянном перемешивании. После окончания реакции автоклав охлаждали до комнатной температуры, ампулу вскрывали, реакционную массу фильтровали через бумажный фильтр. Растворитель отгоняли (низкокипящие гомо-эфиры отгоняли, высококипящие гомо-эфиры отгоняли под вакуумом). 1-Адамантилалкиловый эфир отделяли от непрореагировавшего адамантанола-1 декантацией в гексане.
Строение полученных соединений доказано методами ЯМР, масс-спектрометрии, а также сравнением с известными образцами и справочными данными.
13
3,5,7
4,6,10
2,8,9
1
1
2,8,9
2
4,6,10
2
3,5,7
3
3
3
1 - Адамантилметиловый эфир(1а). Выход 95%. Спектр ЯМР С (8, м.д.): 30.44 (С), 36.33 (C), 40.86 (С), 47.55 (OCH), 71.70 (С). Спектр ЯМР H (CDCl, δ, м.д.): 1.51 d (6Н, CH, J 11.2 Гц), 1.63 с (6Н, СH), 2.05 уш.с. (3Н, СН), 3.11 с (3H, OCH) [14. E.L. Тае, С.Ventre, Z. Zhu, I. Likhotvorik, F. Ford, E. Tippmann, M.S. Platz // J. Phys. Chem. A., 2001, 105, 10146-10154; 12. Р.И.Хуснутдинов, H.A.Щаднева, А.И.Маликов, У.М.Джемилев // Нефтехимия. 2000, 40 (6), 458].
13
3,5,7
4,6,10
2,8,9
1
1
3
4,6,10
2,8,9
3,5,7
3
2
3
3
2
2
2
3
C
1-Адамантилэтиловый эфир(1b). Выход 32%. Спектр ЯМР С (δ, м.д.): 16.37 (CH), 30.50 (C), 36.52 (С), 41.62 (C), 54.88 (HCH), 71.78 (С). Спектр ЯМР H (CDCl, S, м.д.): 1.15 т (3H, CH, J 6.8 Гц), 1.61 с (6H, СН), 1.61 d (6Н, СН, J 6.8 Гц), 2.12 уш.с. (3H, СH), 3.46 кв (2H, CHCH, J 7.2 Гц) [12. Р.И.Хуснутдинов, Н.А.Щаднева, А.И.Маликов, У.М.Джемилев // Нефтехимия. 2000,40 (6), 458].
13
3,5,7
4,6,10
2,8,9
1
1
4,6,10
2,8,9
3,5,7
3
2
3
2
2
3
3
2
2
2
С
C
C
1-Адамантилпропиловый эфир(1с). Выход 31%. Спектр ЯМР C (8, м.д.): 10.69 (CH), 23.91 (НСН), 30.67 (С), 36.40 (С), 41.63 (С), 61.47 (HCH), 71.64 (С). Спектр ЯМР Н (CDCl, δ, м.д.): 0.09 т (3H, CH, J 7.6 Гц), 1.76 с (6Н, CH), 1.58 d (6H, СН2, / 7.6 Гц), 2.15 уш.с. (3H, CH), 3.62 т (2H, HCH, J 6.8 Гц) [12. Р.И.Хуснутдинов, Н.А.Щаднева, А.И.Маликов, У.М.Джемилев // Нефтехимия. 2000, 40 (6), 458].
oтн
+
Масс-спектр, m/e (I, %): 194 [M](53), 136.20 (10.87), 135.20 (100.00), 110.15 (8.76), 107.15 (4.65), 95.10 (39.97), 94.10 (5.73), 93.10 (7.60), 79.10 (8.29), 67.05 (4.91), 55.05 (4.70).
oтн
+
1-Адамантилбутиловый эфир(1d). Выход 25%. Масс-спектр, m/e (I, %): 208 [M](36.37), 152 (12.72), 151 (76.36), 136 (10.91), 135 (100.00), 107 (7.27), 95 (81.82), 93 (14.55), 79 (16.36), 67 (7.27), 55 (6.36).
oтн
1-Адамантилпентиловый эфир(1е). Выход 17%. Масс-спектр, m/e (I, %): 222 [М]+(11.32), 165 (37.74), 136 (11.32), 135 (100.00), 107 (6.60), 95 (54.71), 93 (9.43), 79 (10.38), 67 (5.66), 55 (4.72).
oтн
+
1-Адамантилоктиловый эфир(1f). Выход 16%. Масс-спектр, m/e (I, %): 264.30 [М](1.79), 207.20 (16.54), 136.20 (10.87), 135.20 (100.00), 110.15 (8.76), 107.15 (4.65), 95.10 (39.97), 94.10 (5.73), 93.10 (7.60), 79.10 (8.29), 67.05 (4.91), 55.05 (4.70).
oтн
1-Адамантилбензиловый эфир(1g). Выход 58%. Масс-спектр, m/e (I, %): 242.20 [М]+(28.67), 185.10 (12.20), 136.20 (6.88), 135.20 (58.04), 107.15 (7.18), 93.10 (13.31), 92.10 (10.03), 91.10 (100.00), 79.10 (8.60), 67.05 (6.76), 65.00 (7.60).
oтн
+
1-Адамантилциклопентиловый эфир(1h). Выход 39%. Масс-спектр, m/e (I, %): 220.15 [M](8.05), 152.15 (5.18), 136.20 (10.79), 135.20 (100.00), 107.15 (6.21), 95.10 (9.74), 93.10 (10.71), 79.10 (10.58), 67.05 (4.77), 55.05 (2.90).
oтн
+
1-Адамантилциклогексиловый эфир(1i). Выход 21%. Масс-спектр, m/e (I, %): 234.20 [M](8.23), 152.15 (5.65), 136.20 (11.06), 135.20 (100.00), 107.15 (5.01), 95.10 (16.05), 93.10 (8.19), 79.10 (8.60), 67.05 (4.17), 55.05 (6.51).
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты опытов по синтезу 1-адамантилалкиловых эфиров реакцией 1-адамантанола со спиртами под действием Си(асас)2
№
Мольное
Тем-
Время
Выход
п/п
ROH
соотношение
pa,
реакции,
Ad-OR,
[AdOH]: [Cu(acac)<sub>2</sub>]: [ROH]
°C
ч
%
1
2
3
4
5
6
1
МеОН
100:10:500
175
5
20
2
МеОН
100:10:1000
175
5
20
3
МеОН
100:10:1600
175
5
17
4
МеОН
100:1:800
200
5
16
5
МеОН
100:1:1000
200
5
6
6
МеОН
100:1:1600
200
5
5,5
7
МеОН
100:5:1600
220
5
9
8
МеОН
100:10:500
220
5
50
9
МеОН
100:5:800
220
6
85
10
МеОН
100:10:800
220
5
76
11
МеОН
100:10:1000
220
5
90
12
МеОН
100:10:1000
220
6
95
13
МеОН
100:10:1000
220
8
80
14
МеОН
100:10:1200
220
4
85
15
МеОН
100:10:1200
220
5
88
16
МеОН
100:10:1200
220
6
75
17
МеОН
100:10:1400
220
4
85
18
МеОН
100:10:1400
220
5
93
29
МеОН
100:10:1400
220
6
79
30
МеОН
100:10:1600
220
5
86
31
МеОН
100:10:1600
220
10
95
32
МеОН
100:1:1600
220
5
11,5
33
МеОН
100:50:1600
220
10
85
34
EtOH
100:10:1000
220
6
32
35
PrOH
100:10:1000
220
6
31
36
BuOH
100:10:1000
220
6
25
37
AmOH
100:10:1000
220
6
17
38
OctOH
100:10:1000
220
6
16
39
BnOH
100:10:1000
220
6
58
40
Циклогексанол
100:10:1000
220
6
21
41
Циклопентанол
100:10:1000
220
6
39