Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1-ГИДРОКСИ-4-АДАМАНТАНОНА

Изобретение относится к способу получения 1-гидрокси-4-адамантанона - действующего вещества иммуномодулирующего препарата «Кемантан», который также применяется при лечении синдрома хронической усталости и заболеваний сосудистой системы конечностей аутоиммунного генеза, хронического бронхита, туберкулеза, инфекционно-аллергической бронхиальной астмы, хронического афтозного стоматита, герпеса, алкогольного абстинентного синдрома.

Данным изобретением решена задача получения 1-гидрокси-4-адамантанона - действующего вещества иммуномодулирующего препарата «Кемантан».

Известен способ получения 1-гидрокси-4-адамантанона, заключающийся в окислении 2-адамантанона смесью серной и азотной кислот в присутствии катализаторов, в качестве которых применяют окислы металлов переменной валентности (двуокись марганца, оксид хрома (VI), нитриты натрия и калия [1]. Выход сырца составляет 80%. В качестве недостатков данного способа следует отметить следующие: использование дорогостоящего 2-адамантанона, синтез которого представляет отдельную технологическую проблему, применение окислов металлов переменной валентности, что является экологически небезопасным с точки зрения производства в промышленных масштабах.

Другой способ получения 1-гидрокси-4-адамантанона заключается в окислении 2-адамантанона бромноватистой кислотой, которая генерируется in situ из четырехбромистого углерода и воды под действием гексакарбонила вольфрама или молибдена. Выход целевого продукта в данном случае составляет 87%. Несмотря на высокий выход целевого продукта, основным недостатком предлагаемого способа является использование в качестве сырья 2-адамантанона и других дорогостоящих и труднодоступных реагентов [2].

Похожий способ получения представлен в патенте [3]. Окисление 2-адамантанона проходит под действием хлорноватистой кислоты, которая генерируется in situ из четыреххлористого углерода и воды под действием гексакарбонила вольфрама в присутствии амида пропионовой кислоты. В литературе имеется ссылка на способ получения 1-гидрокси-4-адамантанона окислением 2-адамантанона под действием системы бромтрихлорметан - вода - Мо(СО)₆ [4].

В патенте [5] целевой продукт получают окислением 2-адамантанона с применением смеси серной и азотной кислот, при этом используют комплексную окислительно-активирующую систему, включающую серную, азотную, уксусную кислоту. Выход продукта достигает 85%. Основным недостатком данного способа является использование дорогостоящего исходного сырья.

Другой способ получения 1-гидрокси-4-адамантанона заключается в окислении 2-адамантанона N-гидроксифталимидом в атмосфере кислорода в присутствии ацетилацетоната ванадия и ацетилацетоната марганца в среде уксусной кислоты [6, 7]. Выход продукта составляет 37-48%. Похожий способ представлен в патенте [8]. Синтез 1-гидрокси-4-адамантанона заключается в окислении адамантана под действием N-гидроксифталимида в атмосфере кислорода в присутствии концентрированной серной кислоты, ацетилацетоната ванадия и ацетилацетоната марганца. В данном случае выход целевого продукта составляет 38%. Общим недостатком данных методов являются низкие выходы целевого продукта за счет неполной конверсии в окислении исходных субстратов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу методом является окисление 2-адамантанона дымящей азотной кислотой [9]. Выход продукта составляет 74%. Существенными недостатками этого способа являются необходимость использования дорогостоящего 2-адамантанона, синтез которого представляет собой отдельную технологическую проблему, и большой расход дымящей азотной кислоты.

Технический результат изобретения является более простым в техническом отношении, экономически эффективным и безопасным методом получения 1-гидрокси-4-адамантанона.

Технический результат достигается тем, что синтез целевого продукта проводили путем окисления адамантана 98%-ной серной кислотой при температуре 70-82°С в течение 9-15 ч и дальнейшим взаимодействием с дымящей азотной кислотой с последующим нагреванием реакционной смеси в течение 6 ч при температуре 25-45°С.

Разложение реакционной смеси осуществлялось путем выливания на измельченный лед и последующей нейтрализацией с помощью 25%-ного водного раствора аммиака при охлаждении. Дальнейшей экстракцией из водного раствора хлористым метиленом с последующей отгонкой растворителя получали целевой продукт с выходом 15-65%.

Основные отличительные признаки предлагаемого способа можно сформулировать следующим образом:

1. В предлагаемом способе в качестве исходного соединения используют адамантан, который является коммерчески несравненно более доступным сырьем по сравнению с 2-адамантаноном.

2. Стадия окисления адамантана серной кислотой до образования промежуточного 2-адамантанона и последующее окисление дымящей азотной кислотой по предмостиковому положению объединены в одном реакционном сосуде, что позволяет увеличить суммарный выход 1-гидрокси-4-адамантанона и упростить аппаратурную схему производства, что является экономически целесообразным.

Выполнение способа

Строение синтезированного соединения подтверждено данными ИК и масс-спектров, контроль над ходом реакции и индивидуальность соединения определялись с помощью ТСХ и ГЖХ. ГЖХ анализ проводился на газовом хроматографе «Кристалл 2000М», кварцевая капиллярная колонка ZB5MS 30 м × 0.32 мм, толщина фазы 0.25 дм, газ-носитель - гелий. ИК спектр записан на спектрометре Shimadzu IR Affinity в таблетках бромида калия. Масс-спектр получен на хроматомасс-спектрометре «FinniganTrace DSQ» при энергии ионизирующих электронов 70 эВ. Элементный анализ выполнен на автоматическом CHNS-анализаторе "Euro VectorEA-3000".

Пример 1. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 180 мл (331.2 г, 3.38 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 82°С в течение 9 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 46 мл (69.3 г, 1.1 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 45°С в течение 6 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 23.8 г (65%). Т. пл. 318-320°С.

ИК-спектр (см^-1): 3396, 2857-2929, 1725, 1450, 1352, 1336, 1287, 1235,1111, 1094, 1069, 1054, 901 и 452. Масс-спектр, m/z (J_отн. %): 166 [М]⁺(25), 39 (23), 41 (24), 43 (12), 53 (11), 55 (10), 67 (8), 77 (6), 79 (8), 80 (7), 94 (10), 95 (100), 96 (20), 97 (10), 106 (5), 107 (5), 108 (10), 109 (6), 148 (6). Найдено, %: С 72.26; Н 8.49. C₁₀H₁₄O₂. Вычислено, %: С 72.53; Н 8.66.

Пример 2. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 180 мл (331.2 г, 3.38 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 82°С в течение 9 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 62 мл (94.5 г, 1.5 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 38°С в течение 6 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 21.2 г (58%). Т. пл. 318-320°С.

Пример 3. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 180 мл (331.2 г, 3.38 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 75°С в течение 11 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 46 мл (69.3 г, 1.1 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 42°С в течение 6 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 22.7 г (62%).

Пример 4. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 180 мл (331.2 г, 3.38 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 70°С в течение 13 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 46 мл (69.3 г, 1.1 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 42°С в течение 6 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 21.2 г (58%).

Пример 5. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 180 мл (331.2 г, 3.38 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 82°С в течение 9 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 29 мл (44.1 г, 0.7 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 42°С в течение 6 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 15.7 г (43%).

Пример 6. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 180 мл (331.2 г, 3.38 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 82°С в течение 9 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 46 мл (69.3 г, 1.1 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 35°С в течение 6 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 19.4 г (53%).

Пример 7. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 170 мл (312.8 г, 3.19 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 82°С в течение 13 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 46 мл (69.3 г, 1.1 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 42°С в течение 4 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 17.9 г (49%).

Пример 8. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 170 мл (312.8 г, 3.19 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 75°С в течение 15 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 29 мл (44.1 г, 0.7 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 35°С в течение 6 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 10.6 г (29%).

Пример 9. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 170 мл (312.8 г, 3.19 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 75°С в течение 15 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 46 мл (69.3 г, 1.1 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 42°С в течение 5 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 12.5 г (34%).

Пример 10. Смесь 30 г (0.22 моль) адамантана и 180 мл (331.2 г, 3.38 моль) концентрированной серной кислоты интенсивно перемешивают при температуре 82°С в течение 9 часов. В охлажденную реакционную смесь по каплям добавляют 62 мл (94.5 г, 1.5 моль) дымящей азотной кислоты (в расчете на адамантан). После добавления всего количества азотной кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 25°С в течение 6 ч. После этого реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и выливают на 1 кг измельченного льда. Полученный раствор при охлаждении нейтрализуют 25%-ным водным раствором аммиака до рН=7. После дополнительного охлаждения реакционной смеси продукт экстрагируют хлористым метиленом (5 раз по 100 мл). Объединенные органические фракции промывают насыщенным раствором хлорида натрия, сушат над сульфатом натрия и упаривают. Полученный осадок очищают перекристаллизацией из четыреххлористого углерода. Выход продукта составляет 5.5 г (15%). Т. пл. 318-320°С.

Литература

1. Патент РФ 2104994. Способ получения 1-гидроксиадамантан-4-она (лекарственное средство "кемантан") / Научно-исследовательский институт фармакологии РАМН. 20.02.1998.

2. Патент РФ 2342358. Способ получения 1-гидроксиадамантан-4-она / Институт нефтехимии и катализа РАН. 27.12.2008.

3. Патент РФ 2491270. Способ получения 1-гидроксиадамантан-4-она / Институт нефтехимии и катализа РАН. 27.08.2013.

4. Р.И. Хуснутдинов, Н.А. Шаднева, Л.Ф. Мухаметшина, У.М. Джемилев. ЖОрХ. 2009. В. 45. с.1152-1156.

5. Патент РФ 2319688. Способ получения 1 -гидроксиадамантан-4-она/ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет. 20.09.2006.

6. Патент US 6229050. Process for the preparation of hydroxyadamantanone derivatives / Daicel Chemical Industries, Ltd. 8.05.2001.

7. Патент US 6486330. 4-Oxatricyclo[4.3.1.13,8]undecan-5-one derivative and process for producing the same / Daicel Chemical Industries, Ltd. 26.11.2002.

8. Патент US 6232258. Oxygenation catalyst and process for producing a ketone using the same / Daicel Chemical Industries, Ltd. 15.05.2001.

9. Патент WO 2011030349. L-dihydro-2-oxoquinoline compounds a 5-HT-4 receptors ligand / Suvenlife sciences limited. 29.12.2009.