Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения 1-адамантилферроцена

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, а точнее к способам получения 1-адамантилферроцена, являющегося полупродуктом для тонкого органического синтеза.

К настоящему времени описан лишь один способ получения 1-адамантилферроцена, заключающийся в реакции ферроцена (FcH) с 1-бромадамантаном (1-AdBr) при катализе трихлоридом алюминия в среде дихлорметана (Д.Н. Кравцов, В.Д. Вильчевская, П.В. Петровский, Ю.Ю. Гореликова. Реакция ферроцена с бромадамантаном. Изв. АН СССР. Сер. хим., 1988, с. 1130-1133). При этом используется следующее соотношение реактантов - FcH:1-AdBr: AlCl₃ 1:0.52:1, т.е. ферроцен находится практически в двукратном избытке по отношению к адамантилирующему реагенту и используется сверхэквимольное количество трихлорида алюминия.

Это приводит к тому, что при выделении целевого продукта наряду с побочно образующимся бромистым водородом из реакционной массы должен быть выделен непрореагировавший ферроцен, отделение которого от 1-адамантилферроцена весьма проблематично, а сточные воды будут содержат значительное количество хлорида алюминия.

Техническим результатом является создание способа получения 1-адамантилферроцена экологически чистого за счет использования меньшего количества катализатора, с высоким выходом целевого продукта.

Технический результат достигается адамантилированием ферроцена 1-адамантанолом в среде 1,2-дихлорэтана в присутствии кислоты Льюиса, в качестве которой использовали трибромид индия или трихлорид индия в количестве 5 мольных %, в соответствии со схемой:

Выбор оптимальных условий получения 1-адамантилферроцена проводили, варьируя катализатор и условия взаимодействия, ход которого контролировали с использованием хромато-масс-спектрометрии. В качестве катализаторов были использованы: Al(OTf)₃, Ga(OTf)₃, InBr₃, ZnBr₂, Bi(OTf)₃, FeCl₃.

На рисунке представлено сравнение эффективности кислот Льюиса в реакции адамантилирования ферроцена.

Экспериментально было установлено, что взаимодействие не протекает при комнатной температуре и при 40°С в присутствии всех указанных катализаторов. Образование продукта наблюдается только при доведении до кипения и последующем интенсивном кипении реакционной массы в течение 2-4 часов, при этом, как видно из рисунка, наиболее эффективным оказался катализ трибромидом или трихлоридом индия, менее эффективными оказались Ga(OTf)₃ (максимальный выход достигнут после нагревания в течение 4 ч) и Al(OTf)₃ (максимальный выход достигнут после нагревания в течение 4 ч). Такие катализаторы как FeCl₃, ZnBr₂ и Bi(OTf)₃ не эффективны вовсе, при их использовании кипячение реакционной массы в течение 6 ч не приводит к образованию даже незначительных количеств целевого продукта.

Целесообразно проводить реакцию при кипячении с одновременным азеотропным отделением воды. Наилучший препаративный выход целевого продукта, после выделения флеш-хроматографией, составил 87%. Строение продукта подтверждено данными ИК-спектроскопии, ¹Н, ¹³С ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии. Исследования проводились с использованием научного оборудования ЦКП “Эколого-аналитический центр” Кубанского госуниверситета, уникальный идентификатор RFMEFI59317X0008».

В отличие от прототипа в предлагаемом способе применяют катализаторы, которые используют в меньших количествах, а именно, 5 мольных % по сравнению с 192 мольных % в прототипе, что делает способ более экономичным и экологичным, т.к. сокращается количество стоков, содержащих катализатор. Для объективного сравнения предложенного способа с прототипом можно использовать индекс эффективности реакционной массы (Lap-kin A. Green Chemistry Metrics: Measuring and Monitoring Sustainable Processes / A. Lapkin, D.J.C. Constable. - 2009. - 1-324 p.), представляющий собой отношении массы целевого продукта реакции к сумме масс всех использованных реагентов. Расчет показывает, что для предложенного способа индекс эффективности реакционной массы составляет 74.6%, а для прототипа 17.9%.

Пример получения 1-адамантилферроцена при катализе трибромидом индия.

В круглодонную колбу, снабженную магнитным перемешивающим элементом, насадкой для азеотропного отделения воды с обратным холодильником, защищенным от действия атмосферного кислорода камерой с аргоном, помещают 30 мл 1,2-дихлорэтана, 29 мг (0,000081 моль) трибромида индия, 270 мг (0,00177 моль) 1-адамантанола и 300 мл (0,00162 моль) ферроцена. Реакционную массу доводят до кипения и при интенсивном кипении выдерживают 2 ч. Далее, после охлаждения ее до комнатной температуры, переносят в делительную воронку, содержащую 25 мл 2М соляной кислоты, органическую фазу отделяют, водную экстрагируют дихлорметаном (3×10 мл), объединенные экстракты сушат над сульфатом натрия, который затем отделяют фильтрованием, а фильтрат упаривают на ротационном испарителе. Остаток очищают флеш-хроматографией на силикагеле, проводя элюирование гексаном. Получают 451 мг продукта в виде оранжевых кристаллов. Выход 87%.

Масс-спектр, m/z (I_отн%): 320 [М]⁺(100), 263 (9), 121 (11).

ИК спектр, ν, см^-1: 3091 (Csp²-H), 2900, 2846 (Csp³-H).

Спектр ЯМР ¹Н (399.78 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 1.70-1.80 (м, 12Н, СН₂), 1.99-2.04 (м., 3Н, СН), 4.06 (уш.с, 2Н), 4.10 (уш.с, 2Н), 4.19 (уш.с, 5Н).

Спектр ЯМР ¹³С (CDCl₃), δ, м.д.: 28.8 (СН), 31.9 (С), 37.0 (СН₂), 43.9 (СН₂), 64.3 (СН), 66.7 (СН), 67.9 (СН), 102.6 (С).

Пример получения 1-адамантилферроцена при катализе трихлоридом индия.

В круглодонную колбу, снабженную магнитным перемешивающим элементом, насадкой для азеотропного отделения воды с обратным холодильником, защищенным от действия атмосферного кислорода камерой с аргоном, помещают 30 мл 1,2-дихлорэтана, 18 мг (0,000081 моль) трихлорида индия, 270 мг (0,00177 моль) 1-адамантанола и 300 мл (0,00162 моль) ферроцена. Реакционную массу доводят до кипения и при интенсивном кипении выдерживают 2 ч. После ее охлаждения до комнатной температуры, переносят в делительную воронку, содержащую 25 мл 2М соляной кислоты, органическую фазу отделяют, водную экстрагируют дихлорметаном (3×10 мл), объединенные экстракты сушат над сульфатом натрия, который затем отделяют фильтрованием, а фильтрат упаривают на ротационном испарителе. Остаток очищают флеш-хроматографией на силикагеле, проводя элюирование гексаном. Получают 425 мг продукта в виде оранжевых кристаллов. Выход 82%.

Масс-спектр, m/z (Iотн, %): 320 [М]+(100), 263 (9), 121 (11).

ИК спектр, ν, см-1: 3091 (Csp²-H), 2900, 2846 (Csp³-H).

Таким образом, взаимодействие 1-адамантанола с ферроценом в присутствии 5 мольных % трибромида или трихлорида индия в среде 1,2-дихлорэтана при кипячении в течение 2 ч обеспечивает получение целевого 1-адамантилферроцена с высоким выходом, при этом используют экологичные, коммерчески доступные реагенты, что делает способ промышленно применимым.