способ получения трицикло[4,2,1,02,5]-нонан-3-спиро-1'-бутана

Формула изобретения

Способ получения трицикло[4.2.1.0^2,5]нонан-3-спиро-1'-бутана общей формулы (1),



отличающийся тем, что 3-метилентрицикло[4.2.1.0 ^2,5]нонан подвергают взаимодействию с триэтилалюминием Et₃Al в присутствии катализатора цирконацендихлорида Cp₂ZrCl₂ в мольном соотношении 3-метилентрицикло[4.2.1.0 ^2,5]нонан: Et₃Al:Cp₂ZrCl₂ =10:(10-14):(0,4-0,6) в атмосфере аргона при температуре 20°С и нормальном давлении в гексане, в течение 5-7 ч с последующим добавлением при -10°С диэтилового эфира в объеме, равном взятому гексану, трифенилфосфина Ph₃P и ацетилацетоната палладия Pd(acac)₂ в эквимольном к Cp₂ZrCl ₂ количестве, затем прибавляют свежеперегнанный аллилхлорид в трехкратном избытке на взятый Et₃Al, температуру доводят до комнатной и перемешивают еще 5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения трицикло[4.2.1.0^2,5 ]нонан-3-спиро-1'-бутана общей формулы (1):

Трицикло[4.2.1.0^2,5]нонан-3-спиро-1'-бутан может найти применение в тонком органическом синтезе, в производстве жидкокристаллических систем, а также биологически активных веществ.

Известен способ [У.М.Джемилев, В.А.Докичев, С.З.Султанов, Р.И.Хуснутдинов, Ю.В.Томилов, О.М.Нефедов, Г.А.Толстиков. Взаимодействие диазоалканов с непредельными соединениями. Сообщение 6. Каталитическое циклопропанирование различных непредельных углеводородов и их производных с диазометаном. Известия АН СССР. Сер. хим., № 8, 1989, 1861-1869] получения спирогексана (2) взаимодействием метиленциклобутана с эфирным раствором диазометана в присутствии катализатора Pd(acac)₂ с выходом 48% по схеме:

Известный способ не позволяет синтезировать трицикло[4.2.1.0^2,5]нонан-3-спиро-1'-бутан формулы (1).

Известен способ [B.Weinstein, A.H.Fenselau, J.G.Thoene. Syntesis of Spiro[3.3]heptane. J.Chem.Soc., 1965 (March), 2281] получения спиро[3.3]гептана (1) с выходом 50% двустадийной реакцией исходя из спирогептанкарбоновой кислоты, ацетата свинца Pb(ОАс)₄, иода I₂ и лития Li по схеме:

Известным способом не может быть получен трицикло[4.2.1.0^2,5]нонан-3-спиро-1'-бутан формулы (1).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по синтезу трицикло[4.2.1.0^2,5]нонан-3-спиро-1'-бутана формулы (1).

Предлагается новый способ получения трицикло[4.2.1.0^2,5]нонан-3-спиро-1'-бутана формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии 3-метилен-трицикло[4.2.1.0^2,5]нонана с триэтилалюминием (Et₃Al) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂), взятых в мольном соотношении 3-метилен-трицикло[4.2.1.0^2,5]нонан: Et₃ Al:Cp₂ZrCl₂=10:

(10-14):(0.4-0.6), предпочтительно 10:12:0.5, в атмосфере аргона при комнатной температуре (~20°С) и атмосферном давлении в алифатическом (гексан) растворителе в течение 5-7 ч с последующим добавлением к реакционной массе при -10°С диэтилового эфира в объеме, равном объему алифатического растворителя, затем трифенилфосфина (Ph₃ P) и ацетилацетоната палладия (Pd(acac)₂) в эквимольном к Cp₂ZrCl количестве, затем свежеперегнанного аллилхлорида в трехкратном избытке на взятый Et₃Al, перемешивают реакционную массу еще 5 ч. Получают целевой продукт (1) с выходом 71-80%.

Реакция протекает по схеме:

Целевой продукт (1) образуется только лишь с участием в качестве исходных реагентов 3-метилентрицикло[4.2.1.0 ^2,5]нонана, триэтилалюминия, аллилхлорида и комплексных катализаторов Cp₂ZrCl₂, Pd(acac)₂ - Ph₃P. В присутствии других олефинов (например, 4-винилциклогекс-1-ена, метиленалканов, циклоолефинов), других соединений алюминия (например, EtAlCl₂, изо-Bu ₃Al, изо-Bu₂AlCl, изо-Br₂AlH) или других комплексов переходных металлов (например, Zr(acac) ₄, Cp₂TiCl₂, Ni(acac)₂ , Fe(асас)₃) целевой продукт (1) не образуется.

Проведение реакции в присутствии катализатора Cp ₂ZrCl₂ больше 0.6 ммоль на 10 ммоль метиленциклобутана не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование в реакции катализатора Cp₂ZrCl ₂ менее 0.4 ммоль на 10 ммоль 3-метилен-трицикло[4.2.1.0 ^2,5]нонана снижает выход трицикло[4.2.1.0^2,5 ]нонан-3-спиро-1'-бутана (1), что связано с уменьшением каталитически активных центров в реакционной массе.

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения содержания Et₃Al по отношению к 3-метилентрицикло[4.2.1.0 ^2,5]нонану не приводит к значительному повышению выхода целевого продукта (1). Снижение количества Et₃Al по отношению к 3-метилентрицикло[4.2.1.0^2,5]нонану уменьшает выход трицикло[4.2.1.0^2,5]-нонан-3-спиро-1'-бутана (1).

Существенные отличия предлагаемого способа:

В предлагаемом способе используются в качестве исходных соединений 3-метилентрицикло[4.2.1.0^2,5]нонан, Et ₃Al и аллилхлорид, а также доступные катализаторы Cp ₂ZrCl₂ и Pd(acac)₂. Процесс проходит в одну технологическую стадию без выделения промежуточных подуктов.

В известном способе спиро[3.3]гептан (1) получают из дорогостоящей и труднодоступной спирогептанкарбоновой кислоты и токсичного тетраацетата свинца Pb(ОАс)₄, процесс проходит в две технологические стадии с выделением промежуточного продукта.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Способ позволяет получать с высокой региоселективностью индивидуальный трицикло[4.2.1.0 ^2,5]нонан-3-спиро-1'-бутан общей формулы (1), синтез которого в литературе не описан.

Способ поясняется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 2 мл гексана, 0.5 ммоль Cp₂ZrCl₂, 10 ммолей 3-метилентрицикло[4.2.1.0^2,5]нонана, при температуре ~0°С 12 ммолей Et₃Al, перемешивают при комнатной температуре 6 ч. Далее реакционную массу охлаждают до -10°С, добавляют диэтиловый эфир 2 мл, 0.5 ммоль Ph₃P, 0.5 ммоль Pd(acac)₂ и 36 ммолей свежеперегнанного аллилхлорида. Температуру доводят до комнатной и перемешивают еще 5 ч. Получают индивидуальный трицикло[4.2.1.0^2,5]нонан-3-спиро-1'-бутан (1) с выходом 74%.

Спектр ЯМР 13С ( , м.д.) трицикло[4.2.1.02,5]-нонан-3-спиро-1'-бутана (I): 16.25, 28.39, 34.31, 34.89, 35.19, 36.59, 37.21, 37.69, 37.93, 38.22, 44.22

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ № п/п	Мольное соотношение 3-метилентрицикло[4.2.1.02,5]-нонан: Et 3Al:Cp2ZrCl2:Ph3P:Pd(асас) 2: аллилхлорид, ммоль	Общее время реакции, ч	Выход (1), %
1	10:12:0.5:0.5:0.5:36	11	74
2	10:14:0.5:0.5:0.5:42	11	76
3	10:10:0.5:0.5:0.5:30	11	73
4	10:12:0.6:0.6:0.6:36	11	80
5	10:12:0.4:0.4:0.4:36	11	71
6	10:12:0.5:0.5:0.5:36	12	75
7	10:12:0.5:0.5:0.5:36	10	72

Все опыты проводили при комнатной температуре (~20°С) в гексане.