способ получения этилового эфира 1-гидрокси-2,3-[60]-фуллероциклопентанкарбоновой кислоты

Формула изобретения

Способ получения этилового эфира 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты формулы (1)

где n=1-2,

отличающийся тем, что фуллерен С₆₀ подвергают взаимодействию с триэтилалюминием (AlEt ₃) при мольном соотношении С₆₀:AlEt₃ =1:(25÷35) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂), взятого в количестве 15-25 мол.% по отношению к С₆₀, в атмосфере аргона при комнатной температуре и атмосферном давлении в среде толуола в течение 8 ч с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора хлорида меди (CuCl) в количестве 15-25 мол.% по отношению к С₆₀ и диэтилового эфира щавелевой кислоты (EtO₂C-CO₂Et) в эквимольном по отношению к AlEt₃ количестве, после чего реакционную массу перемешивают при комнатной температуре с последующим гидролизом реакционной массы.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения этилового эфира 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты общей формулы (1):

, где n=1-2

Этиловый эфир 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты формулы (1) может найти применение в тонком органическом синтезе, в производстве физиологически активных веществ и лекарственных препаратов.

Известен способ ([1], Джемилев У.М., Ибрагимов А.Г., Вострикова О.С., Васильева Е.В., Толстиков Г.А. Катализируемое комплексами циркония региоселективное гидроалюминирование непредельных углеводородов алкилаланами. Изв. АН. Сер. хим., 1987, №5, 1089-1095) получения циклопентанолов, например, 1,3-диметил-1-(гидроксиметил)циклопентана (2) взаимодействием 2,5-диметил-1,5-гексадиена с диизобутилалюминийхлоридом (i-BuzAlCl) в присутствии катализатора Cp₂ZrCl ₂ при температуре 40°С за 2 ч с последующим окислением реакционной массы кислородом воздуха по схеме:

Известным способом не может быть получен этиловый эфир 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты формулы (1).

Известен способ ([2], Джемилев У.М., Ибрагимов А.Г., Хафизова Л.О., Борисова А.Л., Туктаров Р.Ф., Абзалимов P.P. Патент РФ №2238262. БИ №29 (2004)) получения 2,3-[60]фуллероциклопентанолов (3) взаимодействием фуллеренозамещенных циклопентанов, полученных взаимодействием фуллерена[60] с AlEt₃ и катализатором Cp₂ZrCl₂, со сложными эфирами карбоновых кислот в присутствии катализатора CuCl по схеме:

Известным способом не может быть получен этиловый эфир 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты формулы (1).

Предлагается новый способ получения этилового эфира 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии фуллерена С₆₀ с триэтилалюминием (AlEt₃ ), взятыми в мольном соотношении С₆₀:AlEt₃ =1:(25-35), предпочтительно 1:30, в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂) в количестве 15-25 мол.% по отношению к С₆₀, предпочтительно 20 мол.%, в атмосфере аргона при комнатной температуре (20-21°С) и атмосферном давлении в растворе толуола в течение 8 часов, с последующим добавлением к реакционной массе при температуре -15°С катализатора хлорида меди (CuCl) в количестве 15-25 мол.% по отношению к исходному фуллерену[60], предпочтительно 20 мол.%, и диэтилового эфира щавелевой кислоты в эквимольном по отношению к AlEt₃ количестве, с последующим перемешиванием реакционной массы при комнатной температуре (20-21°С) в течение 6-10 часов, предпочтительно 8 ч. Общий выход этилового эфира 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты формулы (1) составляет после гидролиза реакционной массы 50-69%.

Реакция протекает по схеме:

Этиловый эфир 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты формулы (1) образуется только лишь с участием AlEt ₃, С₆₀ и циркониевого катализатора Cp₂ ZrCl₂. В присутствии других соединений алюминия (например, Buⁱ ₂AlCl, Buⁱ ₃Al, Buⁱ ₂AlH, EtAlCl₂, Et₂ AlCl) или других катализаторов (например, Zr(acac)₄ , ZrCl₄, Cp₂TiCl₂, Pd(acac) ₂, Ni(acac)₂, NiCl₂, Fe(acac) ₂) целевой продукт (1) не образуются.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Cp₂ZrCl ₂ или CuCl больше 25 мол.% по отношению к фуллерену [60] не приводит к существенному увеличению выхода целевых продуктов (1). Использование катализатора Cp₂ZrCl₂ или CuCl менее 15 мол.% снижает выход целевых продуктов (1), что связано, вероятно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при комнатной температуре (20-21°С). При более высокой температуре (например, 40°С) не наблюдается существенного увеличения выхода целевых продуктов (1), а при меньшей температуре (например, 0°С) снижается скорость реакции.

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения их содержания по отношению к исходному фуллерену [60] не приводит к существенному повышению выхода целевого продукта (1).

Реакции проводили в растворе толуола. В других растворителях (например, эфирных) реакция не идет.

Существенные отличия предлагаемого способа.

В предлагаемом способе используется в качестве исходного реагента диэтиловый эфир щавелевой кислоты. В известном способе в качестве исходных реагентов применяются этиловые эфиры карбоновых кислот (муравьиная, уксусная, сорбиновая).

Предлагаемый спосо6, в отличие от известного, позволяет получать этиловый эфир 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты формулы (1).

Способ поясняется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор объемом 250 мл, установленный на магнитной мешалке в атмосфере аргона, помещают 140 мл осушенного толуола, 0.14 ммолей С₆₀, 0.028 ммолей катализатора Cp₂ZrCl₂, 4.2 ммолей AlEt₃, перемешивают 8 часов при температуре 20-21°С, затем при температуре -15°С добавляют 0.028 ммолей катализатора CuCl и 4.2 ммолей диэтилового эфира щавелевой кислоты, перемешивают 8 часов при температуре 20-21°С и гидролизуют эфирным раствором HCl. Из органического слоя выделяют этиловый эфир 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты с выходом 61%.

Спектральные характеристики этилового эфира 1-гидрокси-2,3-[60]фуллероциклопентанкарбоновой кислоты (1):

ИК-спектр ( , см^-1): 3400, 2950, 2870, 1700, 1610, 1460, 1380, 1310, 1180, 1100, 730, 700, 570, 530. Спектр ЯМР ¹ H ( , м.д.): 1.2 т (J=7 Гц, 3Н, СН₃), 1.46 м (4Н, СН₂), 4.35 т (2Н, СН₂-O-).

Спектр ЯМР ¹³С ( , м.д., CDCl₃): 13.83, 33.18, 38.01, 59.41, 66.39, 72.66, 96.31, 170.60. Сигналы sp-2 углеродных атомов фуллереновой сферы находятся в области 124.49-157.73.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1
№№ п/п	Соотношение C60 :AlEt3:Cp2ZrCl 2:EtO2C-CO2 Et:CuCl, ммоль	Общее время реакции, час	Выход этилового эфира 1-гидрокси-2,3-[60]фуллеро-циклопентанкарбоновой кислоты (1), %
1.	0.14:4.2:0.028:4.2:0.028	16	61
2.	0.14:4.9:0.028:4.9:0.028	16	64
3.	0.14:3.5:0.028:3.5:0.028	16	55
4.	0.14:4.2:0.035:4.2:0.035	16	69
5.	0.14:4.2:0.021:4.2:0.021	16	50
6.	0.14:4.2:0.028:4.2:0.028	18	67
7.	0.14:4.2:0.028:4.2:0.028	14	57

Реакции проводили при комнатной температуре (20-21°С) в растворе толуола в атмосфере аргона без доступа света. Во всех опытах количество заместителей в молекуле фуллерена[60] изменяется от 1 до 2.