Синтез третичных спиртов на основе дибензо-18-краун-6 по реакции Гриньяра

АННОТАЦИЯ

Разработан метод получения третичных спиртов на основе 4’,4”( 5”)-диацетил-дибензо-18-краун-6 по реакции Гриньяра с гидроксилом в α-положении к бензольному ядру. Изучено взаимодействие реактива Гриньяра на основе 4’,4”( 5”)-дийоддибензо-18-краун-6 с метилэтилкетоном. Встречным синтезом получены третичные спирты 4’,4”- и 4’,4”( 5”)-(диметилэтилоксиметил)-дибензо-18-краун-6. Изучено влияние автокатализа. Использование производных дибензо-18-краун-6 в качестве синтонов, реагентов и катализаторов фазового переноса.

ABSTRACT

The method of obtaining of tertiary alcohols with the hydroxyl in the α-position of benzene ring dibenzo-18-crown-6 application on the base of 4’,4”( 5”)-diacetyldibenzo-18-crown-6 and alkyl bromide by the Grignard reaction is designed. To obtaining of synergies Grignard's reactants on the base 4’,4”- and 4’,4”( 5”)-diiodidedibenzo-18-crown-6 with methylethylketone. Tertiary alcohol 4’,4”- and 4’,4”( 5”)-(dimethylethyloxymethyl)-dibenzo-18-crown-6 was obtaining by counter-synthesis. The phenomenon of autocatalysis of dibenzo-18-crown-6's derivatives in the Grignard's reactions was studied. In using them as synthons, reactants and trans phase catalyzers.

Одним из наиболее широко используемых реагентов в практике органического синтеза являются магнийорганические соединения, а именно реактив Гриньяра.

Украинскими учеными [1, с. 113-115] еще в 1980 г проведено исследование, посвященное получению и изучению свойств комплексов алкил(арил)кальций(магний)галогенидов с дибензо-18-краун-6 (ДБ18К6). В ходе этого исследования было обнаружено, что ион магния включается во внутреннюю полость макроцикла и взаимодействует со всеми атомами кислорода, образуя устойчивый комплекс ДБ18К6 с метилмагниййодидом. Также было отмечено, что при добавлении алкил(арил)галогенидов к металлу в любом растворителе в присутствии каталитических количеств ДБ18К6 легко образуются соответствующие магнийорганические соединения, способные к дальнейшему присоединению по карбонильной группе. На основании этого был предложен удобный способ получения жирных и жирноароматических спиртов, используя данные комплексы в реакции Гриньяра [2, с. 851-853].

Ранее в лаборатории «Химия макроциклических соединений» были получены α-гидроксилсодержащие производные ДБ18К6, а именно вторичные спирты, модификацией диацетилДБ18К6 [3, с. 806-812; 4, с. 1414-1417], и первичный спирт, 4’-оксиметил-ДБ18К6, путем модификации 4’-хлорметил-ДБ18К6 [5, 470-474].

В продолжении исследований по синтезу гидроксисодержащих краун-эфиров был разработан способ получения третичных спиртов на основе ДБ18К6 с гидроксилом в α-положении к бензольному ядру краун-эфира. Для этого использовали реакцию Гриньяра, в одном случае производное ДБ18К6 использовали в качестве карбонилсодержащего компонента, а в другом - для получения реактива Гриньяра.

Для проведения реакции по 1-му способу в качестве карбонилсодержащего синтона был выбран, синтезированный по [3, с. 806-812] из ДБ18К6 (I) - 4’,4”( 5”) -диацетил-ДБ18К6 (II), к раствору которого в бензоле, было добавлено расчетное количество магниевой стружки для образования комплекса по аналогии с [2, с. 851-853].

Для получения реактива Гриньяра, были выбраны алкилбромиды нормального строения (С₁-С₅), а также бромистый аллил и бромбензол.

При добавлении магния к 4’,4”( 5”)-диацетил-ДБ18К6 (II) в бензоле образуется комплекс, к которому, не выделяя, добавляли R-Br, с последующим гидролизом образующегося продукта, в результате чего были получены соответствующие 4’,4”( 5”)-дитретичные спирты ДБ18К6 (III а-ж).

Схема проведения реакции Гриньяра с алкил(аллил-, фенил-)бромидами  рис 1

При сравнении ПМР-спектров исходного и полученных соединений видно, что появляются протоны гидроксильной группы в области 1.14-1.53 м.д. и сигнал α- метильной группы смещается в сильное поле с 2.44 м.д. до области 1.53- 1,91 м.д. В соединении (IIIа) появляется синглет 14-ти протонов при 1.53 м.д., соответствующий 12 протонам 4-х метильных групп и 2-м протонам гидроксильных групп. Сигналы протонов макроцикла проявляются в области 3.80-4.29 м.д.; 6 протонов бензольных колец - мультиплетом при 6.60-6.93 м.д. В спектрах соединений (IIIе) и (IIIж) имеются следующие характерные сигналы протонов: в (IIIе) 4 протона =СН₂ винильной группы проявляются мультиплетом при 5.04-5. 08 м.д., 2 протона =СН винильной группы -- мультиплет при 5.82-5.91 м.д.; в (IIIж) 10 протонов фенильного остатка проявляются мультиплетом в области 7.19-7.50 м.д.

В ИК-спектрах полученных соединений отсутствует полоса поглощения при 1680 см^-1, характерная для карбонильной группы исходного 4’,4”( 5”)-диацетилДБ18К6. В спектрах соединений (IIIа-ж) имеются следующие характерные полосы поглощения в областях: 3627-3617 см^-1, 1157-1150 см^-1 симметричные, асимметричные валентные колебания -ОН группы у третичных спиртов, 1254-1247 см^-1 и 929-912 см^-1 плоские и неплоские деформационные колебания -ОН группы. Валентные асимметричные и симметричные колебания –СН₃ групп расположены в области 2976-2957 см^-1 и 2876- 2860 см^-1, соответственно. Колебания С-С связей бензольного ядра проявляются в области 1604-1598 см^-1 и 1533-1517 см^-1. Валентные асимметричные и симметричные колебания Ph-O-C связей проявляются в области 1408-1391 см^-1, 1374-1356 см^-1, 1344-1332 см^-1 и 1306-1299 см^-1. 1,2,4- Замещенное бензольное кольцо краун-эфира дает характерные полосы поглощения в области 874-868 см^-1 и 807-801 см^-1. Имеются также полосы поглощения гем- диметильных групп при 1460 см^-1 для соединения (IIIа), в спектрах соединений (IIIб-д) в области 1477-1470 см^-1 имеются характерные ножничные колебания –СН₂ групп. В спектре (IIIе) имеются полосы поглощения симметричных и асимметричных валентных колебаний метиленовых групп в области 3122 см^-1 и 1852 см^-1, а также 995 см^-1, характерная полоса для концевой винильной группы. В (IIIж) имеются полосы поглощения при 779 см^-1 и 771 см^-1, характерные для монозамещенного бензольного ядра от бромистого фенила.

Для соединения 4’,4”( 5”)-ди-(метилаллилоксиметил-)-дибензо-18-краун-6 (IIIе) была проведена качественная реакция на двойную связь- обесцвечивание раствора перманганата калия.

Для получения полной информации о строении полученных соединений были проведены реакции Гриньяра 2-м способом, в котором дийоддимагний-ДБ18К6 (IV) использовано в качестве реактива Гриньяра, а в качестве карбонилсодержащего синтона – соответствующие кетоны. Реакцию проводили по следующей схеме:

Реактив Гриньяра на основе 4’,4”( 5”)-дийод-ДБ18К6 (IV) в бензоле получали по [6, с. 22-24], который использовали в реакции с диметил- и метилэтилкетонами. Соединения, полученные почти с одинаковыми выходами, по всем свойствам соответствовали соединениям (IIIа) и (IIIб) и представляли собой 4’,4”( 5”)-ди-(диметилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 и 4’,4”( 5”)-ди-(метилэтилоксиметил)-дибензо-18-краун-6, соответственно.

На основании спектральных данных и результатов реакций, проведенных по двум способам, фактически представляющие собой встречные синтезы, позволили сделать выводы о строении 4’,4”( 5”)-дитретичных спиртов ДБ18К6 (IIIа-ж).

Экспериментальная часть

Спектры ПМР получены в растворе CDCl₃ на спектрометре Bruker VXR-400 с рабочей частотой 400 МГц, с использованием растворителя в качестве внутреннего стандарта ( 7.27 м.д. по ТМС).

ИК-спектры сняты в таблетке KBr на спектрометре Nicolet Magna 560.

Элементный анализ определялся на приборе CHNOS Elemental Analyzer vario MICRO.

Температуры плавления, определялись обычным способом в металлическом блоке.

4’ ,4”(5”)-диацетил -дибензо-18-краун-6 (II) получали по [3, с. 806-812]. Выход 5.0 г (82%) т.пл. 196-205 °С (194-201 °С).

4’ ,4”(5”)-ди-(диметилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIа). Способ 1.

К 0.5 г (1.126 ммоль) 4’,4”( 5”)-диацетил-ДБ18К6 в 50 мл бензола прибавляли 0.27 г (11.26 ммоль) магниевой стружки и нагревали в течении 20-30 мин, затем добавляли 0.3 мл (3.378 ммоль) метилбромида, смесь кипятили в течении 3 ч. За ходом реакции следили по ТСХ (Silufol) в системе ацетон:гексан, 2:1, проявляли в йодной камере. Затем проводили гидролиз в слабокислой среде, осадок промывали, очищали дробной кристаллизацией из гексана, высушивали в сушильном шкафу при 40 °С. Соединение (IIIа) получили с выходом 0.34 г (64%), т.пл. 121-125 °С.

ИК-спектр, ν, см^-1: 3627 (ОН), 2962 (-СН₃), 2874(-СН₃), 1598, 1532, 1460 (гем-СН₃), 1306, 1152, 872, 801.

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.53(14Н, с, 2Н-ОН+ 12Н –СН₃); 3.90-3.95 (8Н, м, β-О-СН₂); 4.09-4.10; 4.23-4.29 (8Н, м, Ar -О-СН₂); 6.67-6.73(6Н, м, Н- 3’,5’,6’,3” ,5” ,6”).

Элементный анализ: Найдено, %: С 65.54; Н 7.56, О 26.89, С₂₆Н₃₆О₈. Вычислено, %: С 65.48; Н 7.60, О 26.87.

4’ ,4”(5”)-ди-(метилэтилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIб) По аналогии с (IIIа) к 0.5г (1.126 ммоль) 4’,4”( 5”)-диацетил-ДБ18К6, 0.27 г (11.26 ммоль) магниевой стружки, добавляли 0.34 мл (3.378 ммоль) этилбромида. Выход 0.39 г (69%), т.пл. 128-132 °С.

ИК спектр, ν, см^-1: 3620 (О-Н), 2962 (-СН₃), 2874 (-СН₂), 2847 (-СН₃), 1927, 1604, 1530, 1477, 1398, 1370, 1340, 1302, 1250, 1157, 929 (О-Н), 868, 804.

Спектр ЯМР ¹Н , δ, м.д.: 0.80-0.84 (6Н, м, ω-СН₃); 1.23 (2Н, с, -ОН); 1.63 (6Н, с, α-СН₃); 1.79-2.07 (4Н, м, -СН₂-); 3.82-3.94 (8Н, м, β-О-СН₂); 4.09-4.24 (8Н, м, Ar -О-СН₂); 6.64-6.66; 6.86-6.93 (6Н, м, Н- 3’,5’,6’,3” ,5” ,6”).

Элементный анализ: Найдено, %: С 66.67; Н 7.93. С₂₈Н₄₀О₈. Вычислено, %: С 66.68; Н 7.91.

4’ ,4”(5”)-ди-(метилпропилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIв) По аналогии с (IIIа) к 0.5 г (1.126 ммоль) 4’,4”( 5”)-диацетил-ДБ18К6, 0.27 г (11.26 ммоль) магниевой стружки, добавляли 0.37 мл (3.378 ммоль) н-пропилбромида. Выход 0.31г (52%), т.пл. 162-170 °С.

ИК-спектр ν, см^-1: 3618 (О-Н), 2961 (-СН₃), 2868 (-СН₂), 2860 (-СН₃), 2858(-СН₂), 2001, 1988, 1600, 1527, 1477,1470 (-СН₂), 1392, 1369, 1337, 1304, 1247, 1151, 920(О-Н), 872, 801.

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д: 0.73-0.77 (6Н, м, ω-СН₃); 1.11-1.20 (4Н, м, α-СН₂); 1.38 (2Н, с, -ОН); 1.61-1.67 (4Н, м, β-СН₂); 1.78 (6Н, с, α -СН₃); 3.90-3.94 (8Н, м, β-О-СН₂); 4.09-4.24(8Н, м, Ar -О-СН₂); 6.60-6.81(6Н, м, Н- 3’,5’,6’,3” ,5” ,6”).

Элементный анализ: Найдено, %: С 67.67; Н 8.27, О 24.06, С₃₀Н₄₄О₈. Вычислено, %: С 67.62; Н 8.31, О 24.07.

4’ ,4”(5”)-ди-(метилбутилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIг) По аналогии с (IIIа) к 0.5 г (1.126 ммоль) 4’,4”( 5”)-диацетил-ДБ18К6, 0.27 г (11.26 ммоль) магниевой стружки, добавляли 0.36 мл (3.378 ммоль) н-бутилбромида. Выход 0.52 г (83%), т.пл. 204-217 °С.

ИК-спектр, ν, см^-1: 3622 (О-Н), 2958 (-СН₃), 2864 (-СН₂), 2852 (-СН₃), 1925, 1601, 1522, 1472 (-СН₂), 1405, 1374, 1342, 1301, 1252, 1156, 921 (О-Н), 874, 807.

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д: 0.78-0.85 (6Н, м, ω-СН₃); 1.20-1.30 (6Н, м, 2Н-ОН+ 4Н α –СН₂); 1.77-1.88 (14Н, м, 6Н α -СН₃+ 8Н β,γ-СН₂); 3.84-3.96 (8Н, м, β-О-СН₂); 4.11-4.29 (8Н, м, Ar -О-СН₂); 6.69-6.82 (6Н, м, Н- 3’,5’,6’,3” ,5” ,6”).

Элементный анализ: Найдено, %: С 68.57; Н 8.57, О 22.86. С₃₂Н₄₈О₈. Вычислено, %: С 68.58; Н 8.62, О 22.80.

4’ ,4”(5”)-ди-(метилпентилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIд). По аналогии с (IIIа) к 0.5 г (1.126 ммоль) 4’,4”( 5”)-диацетил-ДБ18К6, 0.27 г (11.26 ммоль) магниевой стружки, добавляли 0.4 мл (3.378 ммоль) н-пентилбромида. Выход 0.46 г (69%), т.пл. 227-239 °С.

ИК-спектр, ν, см^-1: 3617 (О-Н), 2956 (-СН₃), 2860 (-СН₂), 2850 (-СН₃), 1927, 1604, 1533, 1474 (-СН₂), 1408, 1356, 1344, 1301, 1248, 1152, 914 (О-Н), 874, 802.

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д: 0.86-0.89 (6Н, т, ω-СН₃); 1.28-1.39 (6Н, м, 2Н-ОН+ 4Н α –СН₂); 1.71-1.83 (18Н, м, 6Н α -СН₃+ 12Н -С(ОН)-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃); 3.82-3.91 (8Н, м, β-О-СН₂); 4.07-4.16 (8Н, м, Ar -О-СН₂); 6.64-6.72 (6Н, м, Н- 3’,5’,6’,3” ,5” ,6”).

Элементный анализ: Найдено, %: С 69.38; Н 8.84, О 21.77. С₃₄Н₅₂О₈. Вычислено, %: С 69.43; Н 8.82, О 21.70.

4’ ,4”(5”)-ди-(метилаллилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIе) По аналогии с (IIIа) к 0.5 г (1.126 ммоль) 4’,4”( 5”)-диацетил-ДБ18К6, 0.27 г (11.26 ммоль) магниевой стружки, добавляли 0.3 мл (3.378 ммоль) бромистого аллила. Выход 0.35г (59%), т.пл. 217-222 °С.

ИК-спектр, ν, см^-1: 3618 (О-Н), 3122 (-СН=), 3078 (-СН=), 2976 (-СН₃), 2974 (-СН₃), 1852, 1601, 1530, 1401, 1372, 1343, 1299, 1248, 1152, 995 (=СН₂), 927 (О-Н), 874, 802.

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д: 1.14 (2Н, с, -ОН); 1.54 (6Н, с, α -СН₃); 2.48-2.61 (4Н, м, α –СН₂); 3.88-3.93 (8Н, м, β-О-СН₂); 4.12-4.23 (8Н, м, Ar -О-СН₂); 5.04-5.08 (4Н, м, -СН=СН₂); 5.82-5.91 (2Н, м, -СН=СН₂); 6.64-6.73 (6Н, м, Н- 3’,5’,6’,3” ,5” ,6”).

Элементный анализ: Найдено, %: С 68.18; Н 7.57, О 24.24. С₃₀Н₄₀О₈. Вычислено, %: С 68.20; Н 7.59, О 24.21.

4’ ,4”(5”)-ди-(метилфенилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIж) По аналогии с (IIIа) к 0.5 г (1.126 ммоль) 4’,4”( 5”)-диацетил-ДБ18К6, 0.27 г (11.26 ммоль) магниевой стружки, добавляли 0.33 мл (3.378 ммоль) бромистого бензола. Выход 0.36 г (55%), т.пл. 176-179⁰С.

ИК-спектр, ν, см^-1: 3616 (О-Н), 2957 (-СН₃), 2876 (-СН₃), 1601, 1517, 1402, 1374, 1341, 1308, 1254, 1150, 925(О-Н), 871, 807, 771 (-С₆Н₅), 729 (-С₆Н₅).

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д: 1.27 (2Н, с, -ОН); 1.91 (6Н, с, -СН₃), 3.80-3.95 (8Н, м, β-О-СН₂); 4.00-4.16 (8Н, м, Ar -О-СН₂); 6.60-6.90 (6Н, м, Н- 3’,5’,6’,3” ,5” ,6”); 7.19-7.50 (10Н, м, -С₆Н₅).

Элементный анализ: Найдено, %: С 72.00; Н 6.66, О 21.33. С₃₆Н₄₀О₈. Вычислено, %: С 71.98; Н 6.67, О 21.32.

4’ ,4”(5”)-ди-(диметилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIа) Способ 2.

К реактиву Гриньяра, полученному в бензоле, из 0.612 г (10 ммоль) 4’,4”( 5”)-дийод-ДБ18К6 и 0.24 г (100 мг/атом) магния по [6, с. 22-24], не выделяя, добавляли 0.2 мл (30 ммоль) диметилкетона. Реакционную смесь кипятили в течении 3 ч, растворитель отгоняли на роторном испарителе. Полученные кристаллы подвергали гидролизу, очищали методом дробной кристаллизации. Выход 0.31 г (65%), т.пл. 120-125 °С.

4’ ,4”(5”)-ди-(метилэтилоксиметил)-дибензо-18-краун-6 (IIIб) По аналогии с вышеописанной методикой к реактиву Гриньяра, полученному в бензоле, из 0.612 г (10 ммоль) 4’,4”( 5”)-дийод-ДБ18К6 и 0.24 г (100 мг/атом) магния по [6, с. 22-24], не выделяя, добавляли 0.3 мл (30 ммоль) метилэтилкетона. Выход 0.24 г (48%), т.пл. 128-133 °С.