Способ получения ароматических или гетероароматических бис- 1,2-дикетонов

 

Сущность: продукт-ароматические или гетероциклические бис-1,2-дикетоны. Реагент 1: Ph-C C-Ar-C C-Ph. Реагент 2: соединения палладия. Условия реакции в среде ДМСО в смеси с инертным растворителем при определенном соотношении реактантов. 3 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области органической химии, а именно к синтезу ароматических и гетероароматических бис-1,2-дикетонов.

Бис-1,2-дикетоны находят самостоятельное применение в качестве фоточувствительных материалов, биологически активных соединений, а также используются как мономеры для получения полимеров (например, термостойких полифенилхиноксалинов) и полупродукты органического синтеза.

Известен способ получения тетракетонов окислением соответствующих бисдезоксибензоинов двуокисью селена (SeO₂). Недостатком данного способа является использование малодоступного и дорогого SeO₂. Кроме того, очистка целевого продукта от коллоидного селена, образующегося в результате восстановления SeO₂, требует дополнительных затрат и снижает выход тетракетонов.

В другом методе тетракетоны получают окислением тройных связей в бис(фенилэтинил)аренах перманганатом калия (КМnO₄) [1] Недостаток данного способа заключается в том, что используется дорогой КMnO₄ с двукратным избытком. Помимо этого, в результате реакции перманганат калия восстанавливается до MnO₂, который загрязняет целевой продукт и создает технологические трудности при выделении целевого продукта.

Более близким к заявляемому является способ получения тетракетона из 1,4-бис(фенилэтинил)бензола в диметилсульфоксиде (ДМСО), содержащим N-бромсукцинимид [2] В данном способе авторы приводят выход 1,82 г, что выше стехиометрического и составляет 146% К тому же в данном способе авторы используют дорогой и труднодоступный обезвоженный ДМСО.

Задачей изобретения является повышение выхода целевых продуктов, упрощение их выделения и использование недорогих и доступных реагентов.

Авторы предлагают метод синтеза бис-1,2-дикетонов путем окисления тройных связей соединений Ph-CC-Ar-CC-Ph Ph-CC-Ar-CC-Ph Ph----Ar----Ph (I) Ar (I) (II) (III) (IV) под действием соединений палладия в растворах ДМСО (табл.1, опыты 1,2). С целью экономии ДМСО можно использовать смеси ДМСО с диметилформамидом (ДМФА) или ксилолом (табл. 1, опыты 5, 6). При использовании данных растворителей без ДМСО, целевой тетракетон не был получен (таблица, опыты 7, 8). Авторам не известны примеры использования соединений палладия для окисления тройных связей до 1,2-дикарбонильных функций.

Реакцию проводят путем нагревания субстратов при температуре 145^оС в растворах ДМСО или его смесей с инертным органическим растворителем под действием соединений палладия. При проведении окисления ниже данной температуры заметно снижается время процесса окисления. Повышение температуры выше 150^оС не целесообразно из-за известных процессов разложения ДМСО до дурнопахнущих соединений серы. В качестве соединений палладия можно использовать как соединения, растворимые в реакционной массе, так и не растворимые. К растворимым соединениям палладия относятся ацетат (Pd(AcO)₂) и хлорид (PdCl₂) палладия. В случае использования ацетата палладия происходит его быстрое восстановление до металлического палладия и не достигается полная конверсия исходного соединения. Для исключения данного процесса используют добавки хлорида меди и при этом достигается полная конверсия исходного соединения до бис-1,2-дикетона (таблица, опыт 9). При использовании хлорида палладия не наблюдается его восстановление до палладия металлического, имеет место полная конверсия исходного соединения до целевых бис-1,2-дикетонов (таблица, опыты 1,2). Количество соединений палладия влияет на скорость реакции окисления и выход целевых продуктов. Целесообразно использовать молярное соотношение соединений палладия к окисляемым субстратам, равное 0,1: 1. При меньшем содержании соединений палладия окисление проходит чуть медленнее. Большее их количество незначительно ускоряет реакцию (таблица, опыты 3, 4).

В качестве нерастворимых соединений палладия (гетерогенный катализатор) предлагается палладий, нанесенный на активированный уголь. Высокую активность проявляет уголь с содержанием на нем палладия 0,8% Целесообразней использовать уголь с нанесенным палладием в количестве 300 мг/ммоль окисляемого субстрата, но при этом не достигается высокий выход целевых продуктов (таблица, опыт 10). Мы нашли, что активность гетерогенного катализатора резко повышается при использовании добавок двухводного хлорида меди (CuCl₂ 2H₂O) или бромида меди (CuBr₂). Оптимальным молярным соотношением указанной соли меди к окисляемому субстрату является (0,5-0,6):1. Увеличение количества хлорида меди против оптимального не дают количественного эффекта. Вероятно, активация палладия на угле хлоридом меди в данном процессе состоит в равновесном частичном окислении металлического палладия до активных форм. Оптимальное отношение катализатора, активированного хлоридом меди, к окисляемому субстрату составляет 300 мг/ммоль (таблица, опыты 12-15). Использование большого количества гетерогенного катализатора приводит к потерям целевого продукта за счет сорбции его на активированном угле (таблица, опыт 16). Использование CuBr₂ дает также хороший выход тетракетона (таблица, опыт 17), но с точки зрения стоимости является более дорогим.

Серьезным преимуществом гетерогенного, активированного хлоридом меди палладиевого катализатора является простота его отделения от реакционной смеси и возможность повторного использования после регенерации известными методами без расхода дорогостоящего палладия.

Найденные способы получения ароматических бис-1,2-дикетонов по сравнению с прототипом обладают рядом преимуществ, которые выражаются в том, что дают стабильные высокие выходы целевого продукта, используют регенерируемые реагенты, не требующие специальной очистки.

П р и м е р 1. В колбу помещают 1 ммоль 1,4-бис-(фенилэтилинил)бензола, 0,1 ммоль PdCl₂ и 10,0 мл диметилсульфоксида (ДМСО). Выдерживают при температуре 145^оС в течение 10 ч. Охлаждают реакционную массу, и маточный раствор вносят в делительную воронку, содержащий насыщенный раствор NаCl, затем экстрагируют эфиром (2 раза по 50 мл). Эфирные слои промывают 3 раза 50 мл воды, сушат 35 г Na₂SO₄. Отгоняют эфир, получают 340 мг желтых кристаллов с коричневым оттенком. Чистят на хроматографической колонке (элюент в начале 25 мл 100% гексана, далее бензол-гексан 3:2). Получают 275 мг (80%) желтых кристаллов 1,4-бис-(фенилэтандионил)бензола с т.пл. 124-125^оС.

П р и м е р 2. В колбу помещают 1 ммоль 1,4-бис-(фенилэтилинил)бензола, 0,1 ммоль Pd(OAc)₂, 0,1 ммоль CuCl₂ 2H₂O и 10,0 мл диметилсульфоксида (ДМСО). Выдерживают при температуре 145^оС в течение 30 ч. Охлаждают реакционную массу, и маточный раствор вносят в делительную воронку, содержащий насыщенный раствор NaCl, затем экстрагируют эфиром (2 раза по 50 мл). Эфирные слои промывают 3 раза 50 мл воды, сушат 35 г Na₂SO₄. Отгоняют эфир, получают 333 мг темно-коричневых кристаллов. Чистят на хроматографической колонке (элюент-бензол-гексан 3:2). Получают 191 мг (54%) желтых кристаллов 1,4-бис-(фенилэтандионил) бензола с т.пл. 123-125^оС.

П р и м е р 3. В колбу помещают 1 ммоль 1,4-бис-(фенилэтилинил )бензола, 0,2 ммоль CuCl₂ ^. 2H₂O, 300 мг палладия, нанесенного на активированный уголь с содержанием металлического палладия 0,8% (Pd/C-0,8%), и 10 мл диметилсульфоксида (ДМСО). Выдерживают при температуре 145^оС в течение 17 ч. Охлаждают реакционную массу, отфильтровывают от Pd/C и на фильтре катализатор промывают 3 мл горячего ДМСО и 10 мл ИПС. Маточный раствор вносят в делительную колбу, содержащий 30 мл насыщенного раствора NaCl, затем экстрагируют эфиром (2 раза по 50 мл). Эфирные слои промывают 3 раза 50 мл воды, сушат 35 г Na₂SO₄. Отгоняют эфир, получают 310 мг желтых кристаллов. Чистят на хроматографической колонке (элюент в начале 25 мл 100% гексана, а затем бензол-гексан 3:2). Получают 259 мг (76%) желтых кристаллов 1,4-бис-(фенилэтандионил)бензола с т.пл. 124-125^оС.

П р и м е р 4. Окисление 1,4-бис-(фенилэтилинил)бензола с Pd/C проводят в присутствии CuBr₂ аналогично, только после отгонки эфира получают желтые кристаллы массой 295 мг. Далее перекристаллизовывают из 8,0 мл изо-PrOH и получают 240 мг (70%) желтых игловидных кристаллов 1,4-бис-(фенилэтандионил)бензола с т. пл. 126-127^оС. Затем отгоняют из маточного раствора изо-PrOH, делят на колонке и получают еще 16,5 мг дополнительно 1,4-бис-(фенилэтандионил)бензола с указанной температурой плавления. Общий выход 75% П р и м е р 5. В колбу помещают 1 ммоль 4,4^l-бис-(фенилэтинил)дифенил, 0,1 моль PdCl₂С и 5,0 мл ДМСО. Выдерживают при температуре 145^о в течение 8 ч. Охлаждают, при этом выпадают желтые кристаллы целевого продукта. Выливают в воду, отфильтровывают, сушат, получают 377 мг желтых кристаллов. Для частичного отделения от PdCl₂, растворяют в 100 мл ЕtOAc и фильтруют. После отгонки растворителя получают 365 мг желтого кристаллического вещества. Кристаллизуют из ЕtOAc, получают 330 мг (89%) желтых кристаллов 4,4^l-бис-(фенилэтандионил)дифенила с т.пл. 206-207 (лит. т.пл. 205-206).

П р и м е р 6. В колбу помещают 0,5 ммоль 3,6-бис-(фенилэтинил)дифениленоксида, 0,066 ммоль PdCl₂ и 5,0 мл ДМСО. После 3,5 ч охлаждают, при этом выпадают желтые игловидные кристаллы целевого продукта. Выливают в воду, отфильтровывают, сушат, получают 180 мг желтых игловидных кристаллов. Для частичного отделения от PdCl₂кипятят в 25 мл ИПС и фильтруют. Получают 171 мг желтых игл с т.пл. 181-182^оС. Далее кристаллизуют из EtOAc, получают 160 мг (74%) желтых кристаллов 3,6-бис-(фенилэтандионил)дифениленокси- да с т.пл. 192-194 (лит. т.пл. 193-194).

П р и м е р 7. Окисление 0,5 ммоль 2,7-бис-(фенилэтинил)флуоренона проводят в указанных условиях. После 4 ч охлаждают, при этом выпадают желтые кристаллы целевого продукта. Выливают в воду, отфильтровывают, сушат, получают 229 мг желтых кристаллов. Для частичного отделения от PdCl₂ растворяют в 60 мл EtOAc и фильтруют. После отгонки растворителя получают 209 мг (92%) желтые кристаллы 2,7-бис-(фенилэтандионил)флуоренона с т.пл. 236-237 (лит. т.пл. 239-241).

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ ИЛИ ГЕТЕРОАРОМАТИЧЕСКИХ БИС-1,2-ДИКЕТОНОВ путем окисления соединения Ph-CC-Ar-CC-Ph,


где
в диметилсульфоксиде (ДМСО), отличающийся тем, что окисление проводят в растворе ДМСО или смеси ДМСО с инертным растворителем под действием растворимых или нерастворимых соединений палладия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворимых в ДМСО соединений палладия используют хлорид (PdCl₂) или ацетат палладия (Pd(AcO)₂ при молярном соотношении растворимых соединений палладия к окисляемым субстратам 0,08 0,11 1.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нерастворимых соединений палладия используют палладий, нанесенный на активированный уголь, при соотношении к окисляемым субстратам 200 400 мг/ммоль.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нерастворимые соединения палладия активируют добавками хлорида (CuCl₂) и бромида (CuBr₂) меди при молярном соотношении к исходному субстрату 0,2 0,6 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2