CC BY
11
УДК 547.484
Р. Н. Шахмаев (к.х.н., доц.), А. Ш. Сунагатуллина (к.х.н., доц.), Р. М. Алиева (магистр.), В. В. Зорин (чл.-корр. АН РБ, д.х.н., проф., зав. каф.)
МОНОАЛЛИЛИРОВАНИЕ ЭТИЛ-3-ОКСОГЕКСАНОАТА ИНДИВИДУАЛЬНЫМИ ИЗОМЕРАМИ 1,3-ДИХЛОРПРОПЕНА
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; e-mail: [email protected]
R. N. Shakhmaev, A. Sh. Sunagatullina, R. M. Alieva, V. V. Zorin
MONOALLYLATION OF ETHYL 3-OXOHEXANOATE BY INDIVIDUAL ISOMERS OF 1,3-DICHLOROPROPENE
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia; e-mail: [email protected]
Исследована возможность получения новых перспективных винилхлоридов на основе алли-лирования этил-3-оксогексаноата индивидуальными изомерами 1,3-дихлорпропена — крупнотоннажного побочного продукта хлорирования пропилена. Установлено, что взаимодействие этил-3-оксогексаноата с (Е)- или (2)-изомерами 1,3-дихлорпропена на поверхности А^Оз, импрегнированного ¿-БиОК, приводит к соответствующим изомерам этил-2-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)-3-оксогексаноата с выходами 81 и 79 %, при этом количество побочных диаллилирован-ных продуктов не превышает 3%.
Ключевые слова: винилхлориды; 1,3-дихлор-пропен; этил-3-оксогексаноат; этил-2-(3-хлорп-роп-2-ен-1-ил)-3-оксогексаноат.
It is examined the possibility of a synthesis of new perspective vinyl chlorides based on the allylation of ethyl 3-oxohexanoate by individual isomers of 1,3-dichloropropene, the large-scale by-product in the manufacture of allyl chloride. The allylation of ethyl 3-oxohexanoate by (E)- and (Z)-isomers of 1,3-dichloropropene on the surface of alumina impregnated with i-BuOK gives corresponding isomers of ethyl 2-(3-chloroprop-2-en-1-yl)-3-oxohexanoate in 81 and 79% yields and dially-lated products less than 3% yield.
Key words: 1,3-dichloropropene; ethyl 3-oxohexanoate; vinyl chlorides; ethyl 2-(3-chloroprop-2-en-1-yl)-3-oxohexanoate.
Одним из наиболее эффективных методов стереонаправленного создания Свр2—С8р2-свя-зи являются реакции кросс-сочетания винилга-логенидов с металлоорганическими соединениями (реакции Сузуки, Стилле, Негиши, Кума-да и др.), алкенами (реакция Мизороки-Хека) и алкинами (реакция Соногашира) 1-5. В качестве электрофильных партнеров в органическом синтезе в подавляющем количестве случаев используются малодоступные и дорогостоящие винилиодиды и винилбромиды 6-9. Использование винилхлоридов в реакциях кросс-сочетания ограничено их относительно низкой активностью в процессах окислительного сочетания и отсутствием надежных методов их синтеза с приемлемой изомерной чистотой. В связи с этим весьма актуальным является разработка новых методов синтеза стерео-
Дата поступления 3.07.15
химически чистых винилхлоридов и создание эффективных методов активации Свр2—С1-свя-зи в реакциях кросс-сочетания 10-13. Ранее нами сообщалось об успешном синтезе хлорви-нильных производных малонового и ацетоук-сусного эфиров, используемых в синтезе биологически активных веществ 14-16. В продолжение этих исследований нами изучена возможность получения новых перспективных винилхлоридов на основе аллилирования этил-3-оксогексаноата индивидуальными изомерами 1,3-дихлорпропена — крупнотоннажного побочного продукта хлорирования пропилена.
(Е)- и ^)-изомеры 1,3-дихлорпропена имеют значительную разницу в температурах кипения и эффективно разделяются ректификацией 17. Индивидуальные стереоизомеры 1,3-дихлорпропена обладают высокой реакционной способностью и легко вступают в реак-
цию нуклеофильного замещения с сильными СН-кислотами по аллильному положению в присутствии даже относительно слабых оснований (схема) 14.
При взаимодействии этил-3-оксогексаноата (1) с эквимолярным количеством (Е)- или (2)-изомера 1,3-дихлорпропена (2 или 3) в условиях межфазного катализа в присутствии К2СО3 образуются монозамещенные (Е)- или (Х)-изо-меры этил-2-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)-3-оксогек-саноата (4 или 5) и в существенном количестве их дизамещенные производные (до 30—40 %). С целью повышения выхода целевых продуктов 4 и 5 нами были апробированы известные методы моноалкилирования -дикарбониль-ных соединений применительно к исследуемым субстратам. Проведение аллилирования этил-3-оксогексаноата (1) в присутствии солей кобальта 18 и Ви4МР 19 не привели к существенному повышению селективности реакции, однако при осуществлении реакции в твердой фазе 20 в отсутствие растворителя образование диаллилированных продуктов практически не наблюдалось. Установлено, что взаимодействие этил-3-оксогексаноата (1) с (Е)- или (X ^изомерами 1,3-дихлорпропена (2 или 3) на поверхности А1203, импрегнированной ¿-БиОК, приводит к моноаллилированным продуктам 4 и 5 с выходами 81 и 79 % соответственно, при этом количество диаллилированных продуктов не превышает 3%. Оптимальным является 12-кратный избыток А1203 (по массе) по отношению к субстрату. При снижении загрузки А1203 наблюдается резкое снижение селективности процесса. Использование в качестве основания КЮЫа или замена А1203 силикагелем приводит к некоторому уменьшению выходов моно-аллилированных продуктов 4 и 5. Твердофазное аллилирование протекает с высокой сте-реоселективностью, изомерная чистота продуктов 4 и 5 превышает 99%.
Структура, стереохимическая индивидуальность и конфигурация заместителей ви-нильной группировки полученных соединений была подтверждена ГЖХ-анализом, данными ИК-, ЯМР-спектроскопии и масс-спектромет-рии. Характерной особенностью монозамещен-ных продуктов (4, 5) является наличие в спек-
трах ЯМР 1Н и 13С сигналов метиновой группы в области 3.5 и 57—58 м.д. соответственно. Надежным доказательством пространственной конфигурации заместителей при двойной связи служит КССВ винильных атомов водорода, равная 13.2 и 7.2 Гц для (Е)-(4) и (Х)-(5) изомеров соответственно. Кроме того, в спектре ЯМР 13С соединения (Е)-(4) аллильному С-атому соответствует сигнал при 8 29.16 м.д., тогда как в спектре его (Х)-аналога (5) он смещен на ~ 4 м.д. в более сильное поле (25.47 м.д.).
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н и С записаны в CDC1з на приборе Бгикег АМ-300 (рабочая частота 300 и 75.47 МГц соответственно), внутренний стандарт — ТМС. Хроматографический и масс-спектральный анализ проводили на хромато-масс-спектрометре GCMS-QP2010S Shimadzu (электронная ионизация при 70 эВ, диапазон детектируемых масс 33—350 Да). Использовали капиллярную колонку HP-1MS (30 м х х0.25 мм х 0.25 мкм), температура испарителя 280 оС, температура ионизационной камеры 200 оС. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 50 до 280 оС со скоростью 10 оС/мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин).
Этил-2-[(2E)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]-3-оксогексаноат (4). Активированный А1203 (9.4 г) перемешивали с раствором 0.56 г (5 ммоль) ¿-БиОК в 10 мл трет-бутилового спирта в атмосфере аргона в течение 20 мин. Растворитель полностью удаляли под вакуумом. К сухому остатку добавляли 0.78 г (5 ммоль) этил-3-оксогексаноата (1) и интенсивно перемешивали 1 ч в атмосфере аргона. Затем добавляли 0.56 г (5 ммоль) (Е)-1,3-ди-хлорпропена (2) и интенсивно перемешивали до завершения реакции (8—10 ч, контроль методом ГЖХ). Твердую массу промывали этил-ацетатом (150 мл) на короткой колонке, растворитель удаляли под вакуумом. Сырой продукт очищали методом колоночной хроматографии ^Ю2, гексан — этилацетат, 9:1). Выход 0.94 г (81%). Спектр ЯМР *Н, 8, м. д.: 0.91 т (3Н, СН3, ] 7.3 Гц), 1.27 т (3Н, СН3СН20, ] 7.2 Гц), 1.62 к (2Н, СН2, ] 7.3 Гц),
О О
1. /-ВиОК/А12О
О
О
2^3
(£)-2 или {Т)-3
Схема
С1
(£)-4 или (2)-5
1
2.40-2.63 м (4Н, СН2, =СИСШ, 3.51 т (1Н, CHC=O, J 7.3 Гц), 4.20 к (2Н, СИ3СН2О, J 7.2 Гц), 5.82 д.т (1Н, =СИСИ2, /транс 13.2, 7.5 Гц), 6.05 д (1Н, =CHCl, /транс 13.2 Гц). Спектр ЯМР 13С, 8С, м.д.: 13.43 (СИ3), 14.00 (CH3CH2O), 16.79 (СН2), 29.16 (=СИСН2), 44.17 (СН2СО), 58.01 (СНС=0), 61.48 (СИ3СИ20), 119.96 (=СИС1), 129.46 (=СИСИ2), 168.70 (0С=0), 203.78 (С=0). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 163(0.69) и 161(2.11) [М-СИ3С0]+, 133(2), 99(3), 81(2), 53(5), 51(3), 44(3), 43(100) [СИ3С0]+, 42 (3), 41 (4).
Этил-2-[(2^)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]-3-оксогексаноат (5). Получен из этил-3-оксогек-саноата (1) и ^)-1,3-дихлорпропена (3) ана-
Литература
1. Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions. Ed. de Meijere A., Diederich F.- N.-Y.: Wiley-VOT, 2004.- 916 p.
2. Jeffery T. // Advances in Metal-0rganic Chemistry.- 1996.- Vol.5.- P.153-260.
3. Шахмаев Р.Н., Ишбаева А.У., Зорин В.В. Сте-реонаправленный синтез природных (2Е,4Е)-диенамидов и их синтетических аналогов // ЖОрХ.- 2012.- Т.48, №7.- С. 913-918.
4. Шахмаев Р.Н., Ишбаева А.У., Зорин В.В. Pd-катализируемый синтез 1-[(2Е,4Е)-додека-2,4-диеноил]пиперидина // Изв. вузов. Хим. и хим. технол.- 2011.- Т.54, №10.- С.97-99.
5. Шахмаев Р.Н., Сунагатуллина А.Ш., Зорин В.В. Fe-катализируемый синтез циннаризина // ЖОрХ.- 2015.- T.51, №1.- С.98-100.
6. Ишбаева А.У., Сунагатуллина А.Ш., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Стереонаправленный синтез 1-[(2Е, 4Е)-дека-2,4-диеноил]пиперидина // БХЖ.- 2010.- Т.17, №3.- С.53-55.
7. Шахмаев Р.Н., Чанышева А.Р., Ишбаева А.У., Вершинин С.С., Зорин В.В. Интенсификация реакций арилирования активированных олефи-нов 4-бромацетофеноном с использованием микроволнового излучения // ЖОрХ.- 2010.-T.46, №3.- С.459-460.
8. Сунагатуллина А.Ш., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Pd-Катализируемое сочетание винили-одидов с алкинами // ЖОХ.- 2012.- Т.82, №7.- С.1216-1217.
9. Handbook of organopalladium chemistry for organic synthesis. Ed. E. Negishi. N.- Y.: Wiley interscince, 2002.- 3424 p.
10. Шахмаев Р.Н., Сунагатуллина А.Ш., Зорин В.В. Новый подход к синтезу этил-(4Е)-алкеноатов // ЖОХ.- 2013.- T.83, №11.- С. 1819-1821.
11. Сунагатуллина А.Ш., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Pd-Cu-Катализируемый синтез N-(2E,4)- и N-(22,4)-ениновых циклических аминов // ЖОрХ.- 2013.- T.49, №5.- С.747-750.
12. Сунагатуллина А.Ш., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Синтез этил-(4Е)-тридец-4-ен-6-иноата // ЖОХ.- 2013.- Т.83, №1.- С.156-157.
логично соединению (4). Выход 0.92 г (79%). Спектр ЯМР *И, 8, м. д.: 0.92 т (3Н, СН3, J 7.2 Гц), 1.28 т (3Н, СНзСИ20, J 7.2 Гц), 1.63 к (2И, СИ2, J 7.2 Гц ), 2.43-2.64 м (2Н, СН2), 2.75 т (2Н, =СИСН2, J 7.3 Гц), 3.57 т (1Н, СНС=0, J 7.3 Гц), 4.20 к (2Н, СИ3СН2О, J 7.2 Гц), 5.77 к (1Н, =СИСИ2, J^ 7.2 Гц), 6.11 д (1Н, =СИС1, Jцис 7.2 Гц). Спектр ЯМР 13С, 8С, м.д.: 13.43 (СИ3), 13.97 (СИ3СИ20), 16.85 (СН2), 25.47 (=СИСН2), 43.81 (СН2С0), 57.41 (СНС=0), 61.45 (СИ3СИ20), 120.50 (=СИС1), 127.57 (=СИСИ2), 168.97 (0С=0), 204.17 (С=0). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 161(23), 133(11), 127(8), 99(8), 81(7), 71(100), 53(10), 43(83), 41 (18), 32 (18).
References
1. Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions. Ed. de Meijere A., Diederich F. N.-Y., Wiley-VOT, 2004, 916 p.
2. Jeffery T. Recent improvements and developments in ^ck-type reactions and their potential in organic synthesis. In: Liebeskind LS, editor. Advances in Metal-Organic Chemistry. Greenwich CT, JAI Press, 1996, v.5, pp.153-260.
3. Shakhmaev R.N., Ishbaeva A.U., Zorin V.V. Stereodirected Synthesis of Natural (2E, 4E)-dienamides And Their Synthetic Analogues. Russian Journal of Organic Chemistry, 2012, v. 48, pp. 908-913. doi: 10.1134/S1070428012070032
4. Shakhmaev R.N., Ishbaeva A.U., Zorin V.V. Pd-kataliziruemyi sintez 1-[(2E,4E)-dodeka-2,4-dienoil]piperidina [Pd-Catalyzed Synthesis of 1-[(2E,4E)-dodeca-2,4-dienoyl]piperidine]. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya, 2011, v.54, no.10, p.97-99.
5. Shakhmaev R.N., Sunagatullina A.Sh., Zorin V.V. Iron-catalyzed synthesis of cinnarizine. Russian Journal of Organic Chemistry, 2015, v.51, no.1, pp.95-97. doi: 10.1134/S1070428015010169
6. Ishbaeva A.U., Sunagatullina A.Sh., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. Stereonapravlennyi sintez 1-[(2E, 4E)-deka-2,4-dienoil]piperidina [Stere-odirected synthesis of 1-[(2E,4E)-deca-2,4-dienoyl]-piperidine]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2010, v.17, no.3, pp. 53-55.
7. Shakhmaev R.N., Chanysheva A.R., Ishbaeva A.U., Vershinin S.S., Zorin V.V. Microwave enhancement of arylation of activated olefins with 4-bromoacetophenone. Russian Journal of Organic Chemistry, 2010, v. 46, no. 3, pp. 455456. doi: 10.1134/S1070428010030280
8. Sunagatullina A.Sh., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. Pd-catalyzed coupling of vinyl iodides with alkynes in water. Russian Journal of General Chemistry, 2012, v.82, no.7, p. 1313-1315. doi: 10.1134/S1070363212070249
9. handbook of organopalladium chemistry for organic synthesis]. Ed. E. Negishi. N.-Y., Wiley interscince, 2002, 3424 p.
10. Shakhmaev R.N., Sunagatullina A.Sh., Zorin V.V. [A new approach to the synthesis of ethyl (4E)-alkenoates]. Russian Journal of General
13. Шахмаев Р.Н., Сунагатуллина А.Ш., Зорин В.В. Стереонаправленный синтез аллиламинов на основе Fe-катализируемого кросс-сочетания 3-хлорпроп-2-ен-1-иламинов с реактивами Гринь-яра. Синтез нафтифина // ЖОрХ.— 2014.— T.50, №3.- C.334-343.
14. Сунагатуллина А.Ш., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Алкилирование малонового эфира индивидуальными изомерами 1,3-дихлорпропена в условиях межфазного катализа // Баш. хим. ж.-
2012.- Т.19, №2.- С.5-7.
15. Шахмаев Р.Н., Сунагатуллина А.Ш., Зорин
B.В. Fe-катализируемый синтез (4Е)-тридец-4-ен-1-илацетата - полового феромона томатной моли (Keiferia lycopersicella) // ЖОрХ.-
2013.- T.49, №5.- C.687-689.
16. Шахмаев Р.Н., Сунагатуллина А.Ш., Филиппова Е.А., Зорин В.В. Алкилирование ацетоук-сусного эфира индивидуальными изомерами 1,3-дихлорпропена в условиях межфазного катализа // Баш. хим. ж.- 2013.- T.20, №1.-
C.45-47.
17. Тахаутдинова А.У., Ишбаева А.У., Сунагатуллина А.Ш., Шахмаев Р.Н., Зорин В.В. Реакции нуклеофильного замещения с участием (Е)- и (Z)-1,3-дихлорпропена // Баш. хим. ж.-2010.- Т.17, №3.- С.39-41.
18. Gonzalez A., Guell F., Marquet J., Moreno-Manas M. Alkylation of в-diketones through their Co(II), Co(III) and Zn(II) complexes. 1-Bromoadamantane as alkylating agent // Tetrahedron Lett.- 1985.- Vol.26.- P.3735-3738.
19. Clark J. H., Miller J. M. Hydrogen bonding in organic synthesis. Part 6. C-Alkylation of -dicarbonyl compounds using tetra-alkylammo-nium fluorides // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1- 1977.- P. 1743-1745.
20. Ranu B. C., Bhar S. Surface-mediated solid-phase reaction. Part 2. Highly selective mono- and di-C-alkylation of 1,3-dicarbonyl compounds on the surface of alumina // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1,- 1992.- P.365-368.
Chemistry, 2013, v. 83, no. 11, p. 2018-2020. doi: 10.1134/S1070363213110078
11. Sunagatullina A.Sh., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. [Pd-Cu-catalyzed synthesis of N-(2E,4)- and N-(2Z,4)-enyne cyclic amines]. Russian Journal of Organic Chemistry, 2013, v. 49, no. 5, p. 730733. doi: 10.1134/S1070428013050163
12. Sunagatullina A.S., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. [Synthesis of ethyl (4E)-tridec-4-ene-6-ynoate]. Russian Journal of General Chemistry, 2013, v. 83, no. 1, pp. 148-149. doi: 10.1134/ S1070363213010313
13. Shakhmaev R.N., Sunagatullina A.Sh., Zorin V.V. [Stereoselective synthesis of allylamines by iron-catalyzed cross-coupling of 3-chloroprop-2-en-1-amines with grignard reagents. Synthesis of naftifine]. Russian Journal of Organic Chemistry, 2014, v. 50, no. 3, pp. 322-331. doi: 10.1134/S1070428014030038
14. Sunagatullina A.Sh., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. Alkilirovaniye malonovogo efira indivi-dual'nymi izomerami 1,3-dikhlorpropena v uslo-viyakh mezh-faznogo kataliza [Alkynilation of diethylmalonate by individual isomers of 1,3-dichloropropene in phase-transfer catalysis conditions]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2012, v. 19, no. 2, p. 5-7.
15. Shakhmaev R.N., Sunagatullina A.S., Zorin V.V. [Fe-Catalyzed synthesis of (4E)-tridec-4-en-1-yl acetate, sex pheromone of tomato pinworm (Keiferia lycopersicella)]. Russian Journal of Organic Chemistry, 2013, vol. 49, no 5, pp. 669671. doi: 10.1134/S1070428013050059
16. Shakhmaev R.N., Sunagatullina A.Sh., Filippova E.A., Zorin V.V. Alkilirovaniye atsetouksusnogo efira individual'nymi izomerami 1,3-dikhlorpropena v usloviyakh mezhfaznogo kataliza [Alkylation of ethyl 3-oxobutanoate by individual isomers of 1,3-dichloropropene in phase-transfer catalysis conditions]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2013, v. 20, no. 1, p. 45-47.
17. Takhautdinova A.U., Ishbaeva A.U., Sunagatullina A.Sh., Shakhmaev R.N., Zorin V.V. Reaktsii nukleofil'nogo zamescheniya s uchastiem (E)- i (Z)-1,3-dikhlorpropena [Reac-tions of nucleophilic substitution of (E)- and (Z)-1,3-dichloropropene]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2010, v. 17, no. 3, p. 39-41.
18. Gonzalez A., Guell F., Marquet J., Moreno-Manas M. [Alkylation of ¿6-diketones through their Co(II), Co(III) and Zn(II) complexes. 1-Bromoadamantane as alkylating agent]. Tetrahedron Lett., 1985, v. 26, pp. 3735-3738. doi: 10.1016/S0040-4039(00)89236-9
19. Clark J. H., Miller J. M. [Hydrogen bonding in organic synthesis. Part 6. C-Alkylation of -dicarbonyl compounds using tetra-alkylam-monium fluorides]. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1977, pp. 1743-1745. doi: 10.1039/P19770001743
20. Ranu B. C., Bhar S. [Surface-mediated solidphase reaction. Part 2. Highly selective mono-and di-C-alkylation of 1,3-dicarbonyl compounds on the surface of alumina]. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1992, pp. 365-368. doi: 10.1039/ P19920000365
