ХЛОРАЦЕТИЛИРОВАНИЕ ТИМОЛА

АННОТАЦИЯ

Предложена методика проведения ускоренных испытаний хлорацетилирования тимола хлорацетилхлоридами в присутствии хлористого цинка, сульфата цинка, ацетата цинка, формиата цинка, салицилата цинка и ацетилацетоната цинка. Проведены эту реакцию ранее безуспешно пытались осуществить другие исследователи. Определено, оказалось необходимым широко изучить ее для тимола, чтобы показать применимость нового метода хлорацетилирования как общего. Высокие выходы достигнуты в реакции хлорацетилирования тимола в присутствии хлористого цинка в качестве катализаторе. Найдены новые эффективные катализаторы для кетонных синтезов. Установлено строение полученных веществ методами ИК-, 1Н- и 13С- ЯМР спектроскопии.

ABSTRACT

A method for conducting accelerated tests of thymol chloroacetylation with chloroacetyl chlorides in the presence of zinc chloride, zinc sulfate, zinc acetate, zinc formate, zinc salicylate, and zinc acetylacetonate is proposed. This reaction has been previously unsuccessfully attempted by other researchers. It was determined that it was necessary to study it extensively for thymol in order to demonstrate the applicability of the new chloroacetylation method as a general one. High yields were achieved in the thymol chloroacetylation reaction in the presence of zinc chloride as a catalyst. New effective catalysts for ketone syntheses were found. The structure of the obtained substances was established by IR, 1H, and 13C NMR spectroscopy.

Ключевые слова: тимол, хлористый цинк, сернокислый цинк, ацетат цинка, формиат цинка, салицилат цинка, ацетилацетонат цинка, катализ.

Keywords: thymol, zinc chloride, zinc sulfate, zinc acetate, zinc formate, zinc salicylate, zinc acetylacetonate, catalysis.

Введение

Конденсация хлористого хлорацетила с тимолом изучалась уже давно. В первых работах в качестве катализатора был применен цинк [1]. Затем эту реакцию стали проводить по Фриделю- Крафтсу в присутствии хлористого алюминия [2]. В зависимости от условий получены разные выходы смеси изомерных хлорацетилтимолов, но всегда преобладал кетон. Отмечено влияние природы растворителей на относительные выходы О- и С- хлорацетилтимолов [3]. В сероуглероде и дихлорэтане наблюдается образование преимущественно кетона (не более 4% О- хлорацетилтимола) [4]. В нитробензоле постоянно присутствуют повышенные количества С- хлорацетилтимола [5].

Авторы указанной работы считают, что образование промежуточного полярного комплекса с участием нитробензола создает пространственные препятствия для замещения водорода тимола. Так же влияет избыток хлористого хлорацетила [6]. Температура реакции (80 и 180°) не оказывает заметного влияния на направление хлорацетилирования [7].

Цель настоящего исследования заключается в реакции хлорацетирования тимола в присутствии малых количеств катализаторов хлористого цинка, сульфата цинка, ацетата цинка, формиата цинка, салицилата цинка и ацетилацетоната цинка.

Материалы и методы

В работе использовались реактивы марок «ч.д.а.» и «х.ч.», прекурсоры 99 % степени чистоты, производства Acros Organics.

Хлорацетирование тимола. Реакции в присутствии малых количеств катализаторов проводили следующим образом: смесь тимола, хлорацетилхлорида и катализатора нагревали при 120-175°С до прекращения выделения хлористого водорода. После окончания реакции отгоняли тимол и без дополнительной обработки кетонную фракцию перегоняли в вакууме.

2-Изопропил-5-метилфенил 2-хлорацетат Т.пл. 60°С (из спирта).

Выход 59%. Rf=0,82 (изооктан – этилацетат= 9:1).

ИК спектр, ν, см^–1: 2955 (C–H), 1787 (C=O), 1445 (C=C). Спектр ЯМР 1Н (CDCl₃), δ, м.д.: 1.20 с (2CH₃), 2.34 с (CH₃), 3.05 м (CН), 4.32 с (CН₂), 6.96 м (1Н), 7.02 с (1H), 7.26 м (1H). Спектр ЯМР 13C (CDCl₃),δ, м.д.: 21.3 (CH₃), 23.3 (2CH₃), 27.2 (CH), 34.4, 40.0 (CH₂), 122.4, 125.1, 125.5, 136.0, 137.2, 147.3, (CH), 163.4.

2-Хлоро-1-(4-гидрокси-5-изопропил-2-метилфенил) этанон Т.пл. 179°С (из спирта). Выход 41%. R_f=0,62 (хлороформ – тетрахлорметан =1:1). ИК спектр, ν, см^–1: 3594 (OH), 3392 (N–H), 2953 (C–H), 1721 (C=O), 1468 (C=C). Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 1.20 с (6H, 2Me), 2.48 с (3H, Me), 3.05 д (1H, СH), 4.64 д (2H, СH₂), 5.35 д (1H, ОH), 7.00 д (1H), 7.43 с (1Н). Спектр ЯМР 13С, δ, м. д.: 22.4, 23.6 (2С), 27.0, 46.6, 118.7, 127.1, 127.4, 133.5, 134.3, 157.5, 191.2.

ИК-спектры регистрировали на спектрофотометре PerkinElmer – 10.6.1 (США) в интервале 400-4000 см^-1. Спектры ЯМР ¹Н регистрировали на приборе JEOL 400 (Япония) с рабочей частотой 400 МГц в CDCl₃.

Результаты и обсуждение

Очень небольшие количества фосфорного ангидрида при 180-200 ℃ позволяют легко достичь высоких выходов смеси О- и С- хлорацетилтимолов [8]. Хлорацетилирование может проходить также под действием однохлористой меди и сулемы [9], хлористого цинка [10], йода [11]. Наконец, известно и термическое хлорацетилирование тимола, идущее в отсутствии катализаторов [12].

Значительно менее, преимущественно в патентах, описаны синтезы О- и С- хлорацетилтимолов. Они проводятся либо с тимолом и избытком хлористого хлорацетила, либо с отдельно полученным кетоном. Обычно образуется смесь О- и С- хлорацетилтимолов.

Хлорацетилирование тимола приобрело большое практическое значение, особенно в производстве красителей. Необходимость расходовать при этом большие количества хлористого алюминия создает значительные трудности. Возможность проведения данных синтезов с малых количеств катализаторами весьма перспективна.

Предыдущими исследованиями этой серии [13] было показано, что хлорацетилирование различных фенольных соединений гладко и с хорошими выходами удается в присутствии малых количеств порошков различных металлов.

Схема реакции:

Рисунок 1. Схема хлорацетилирования тимола

В данной работе мы изучали хлорацетилирование тимола под влиянием хлористого цинка, сульфата цинка, ацетата цинка, формиата цинка, салицилата цинка и ацетилацетоната цинка. При этом необходимы лишь очень незначительные количества катализаторов (0,03-0,06 г-ат).

Заключение

Впервые проведены реакции тимола с хлоридами монохлоруксусной кислоты в присутствии хлористого цинка, сульфата цинка, ацетата цинка, формиата цинка, салицилата цинка и ацетилацетоната цинка. Было обнаружено, что тимол обладают высокой реакционной способностью. Хлорацетилирование тимола хлорацетилхлоридами протекает в мягких условиях по гидроксильной группе и приводит к образованию практически важных для органического синтеза функционализированных тимолов.

Список литературы:

1. Aria S., Sudo Y., Nishida A. Niobium pentachloride-silver perchlorate as an efficient catalyst in the Friedal-Crafts acylation and Sakurai-Hosomi reaction of acetals // Tetrahedron. -London-New-York, 2005. -V. 61, -P. 4639-4642.
2. Чориев А.У., Хамраева З.Б., Тохирова С.О., Абдушукуров А.К. Синтез 4-метоксифенилхлорацетата и 4-хлорфенилхлорацетата и его реакции с диэтилдитиокарбамат натрия и дифенилтиокарбазонами // Universum: химия и биология, - 2017. - № 5 (35). - С. 32-35.
3. Sarvari M. H., Sharghi H. Solvent-free catalytic Friedel-Crafts acylation of aromatic compounds with carboxylic acids by using a novel heterogeneous catalyst system: p-toluenesulfonic acid/graphite // Helv. Chim. Acta. 2005. 88: -P. 2282-2287.
4. Ross J., Xiao J. Friedel-Crafts acylation reactions using metal triflates in ionic liquid // Green Chem., -London, 2002. -V.4, -P. 129-133.
5. Hwang J.P., Prakash G.K.S., Olah G.A. Trifluoromethanesulfonic acid catalyzed novel Friedal-Crafts acylation of aromatics with methyl benzoate // Tetrahedron. -London-New-York, 2000. -V. 56, -P. 7199-7203.
6. Earle, M. J., Hakala, U., Hardacre, C., Kärkkäinen, J., McAuley, B. J., Rooney, D. W., Seddon, K. R., Thompson, J. M. and Wähälä, K. Chloroindate(III) ionic liquids: recyclable media for Friedel-Crafts acylation reactions. Chem. Comm. 2005, 7, 903-905.
7. Кучин А.В., Шумова О.А., Чукичева И.Ю. Алкилирование фенола a- и b-пиненами с участием фенолята алюминия // Известия Академии наук. Серия химическая. 2013. № 2. С. 451-455.
8. Sertari J., Maggi R. Advances in Fridel-Crafts Acylation Reactions. Catalytic and Green processes. CRC Press, 2010, -P. 207.
9. Khodaei M.M., Alizadeh A., Nazari E. Tf₂O as a rapid and efficient promoter for the dehydrative Friedal-Crafts acylation of aromatic compounds with carboxylic acids // Tetrahedron Lett. -London-New-York, 2007. -V. 48, -P. 4199-4202.
10. Matsushita Y.I., Sugamoto K., Matsui T. The Friedal-Crafts acylation of aromatic compounds with carboxylic acids by the combined use of perfluoroalkanoic anhydride and bismuth or scandium triflate // Tetrahedron Lett. -London-New-York, 2004. -V.45, -P. 4723-4727.
11. Sarvari M.H., Sharghi H. Reactions on a solid surface: a simple, economical and efficient Friedel-Crafts acylation reaction over zinc oxide (ZnO) as a new catalyst // J. Org. Chem. -Washington, 2004. -V. 69. -P. 6953-6956.
12. Earle, M. J., Hakala, U., McAuley, B. J., Nieuwenhuyzen, M., Ramani, A. and Seddon, K. R. Metal bis{(trifluoromethyl)sulfonyl}amide complexes: highly efficient Friedel-Crafts acylation catalyst. Chem. Comm. 2004, 12, 1368-1372.
13. Sattorovich, R.J., Uralivich, A.C., Ravshan ugli, B.E. Synthesis of Hexamethylenetetramine Mono- and Di(P-Methoxyphenylacetochloride). Eng. Proc. 2024, 67, 53. https://doi.org/10.3390/engproc2024067053