PL205452B1 - Sposób wytwarzania podstawionych cyjano- i arylosulfonylo-oksiranów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Podstawione cyjanooksirany i arylosulfonylooksirany są cennymi substratami wykorzystywanymi do otrzymywania aldehydów, ketonów i estrów zawierających takie grupy funkcyjne jak hydroksylowa lub alkoksylowa. Te zaś służą jako substraty w syntezie związków o określonej czynności biologicznej.

Podstawione cyjano- i sulfonylooksirany otrzymuje się najczęściej przez kondensację odpowiednio α-halogenoalkanonitryli lub sulfonów α-halogenoalkiloarylowych z aldehydani lub ketonami prowadzoną wobec zasad. Reakcje te wykonuje się wygodnie metodą tzw. katalizy międzyfazowej, w której stosuje się wodorotlenki metali alkalicznych (zwykle stężony wodny roztwór wodorotlenku sodu) i katalizatory, najczęściej czwartorzędowe sole amoniowe (E. V. Dehmlow, S. S. Dehmlow;

Phase Transfer Catalysis, 3rd ed, VCH, Weinheim 1993; M. Makosza, M. Fedoryński; In: A. G. Volkov, ed. Interfacial Catalysis, New York: Marcel Dekker, 2003, 159). Reakcje te katalizowane są także przez aprotonowe dipolarne rozpuszczalniki takie jak DMSO, DMF lub HMPT (A. Jończyk, M. Fedoryński, M.Mąkosza; Tetrahedron Lett., 1972, 23, 2395). W ten sposób otrzymywano podstawione cyjanooksirany z wydajnościami 55-80% (A. Jończyk, M. Fedoryński, M.Mąkosza; Tetrahedron Lett., 1972, 23, 2395) oraz podstawione arylosulfonylooksirany z wydajnością 60-91% (A. Jończyk, K. Bańko, M. Mąkosza; J. Org. Chem., 1975, 40, 266). Chociaż produkty tych reakcji otrzymuje się często z dobrymi wydajnościami, ich realizacja wymaga użycia katalizatorów, których regeneracja jest trudna lub wręcz nieopłacalna i w związku z tym usuwane są one do ścieków, zanieczyszczając środowisko naturalne. Ponadto niektóre z wyżej wymienionych katalizatorów są drogie co podraża koszty procesów (M. Makosza, M. Ludwikow; Angew. Chem., 1974, 86, 744; S. Akabori, M. Ohtomi, S. Yatabe; Bull. Chem. Soc. Jpn., 1980, 53, 1463).

Celem wynalazku było opracowanie takiej metody otrzymywania podstawionych cyjanooksiranów i arylosulfonylooksiranów, która nie wymagałaby stosowania katalizatora.

Stwierdziliśmy, że otrzymywanie podstawionych cyjanooksiranów i arylosulfonylooksiranów można prowadzić bez udziału katalizatora, jeżeli reakcja przebiega w obecności wodorotlenku metalu alkalicznego w postaci stałej i w rozpuszczalniku eterowym.

Według wynalazku, podstawione cyjanooksirany i arylosulfonylooksirany o wzorze 1, w którym R¹ lub R² oznaczają atom wodoru lub grupę alkilową lub grupę arylową i są takie same lub różne, lub R¹ i R² łącznie oznaczają części węglowodorowego łańcucha zawierającego od 3 do 7 atomów węgla, R³ oznacza atom wodoru, lub grupę alkilową, a Z oznacza grupę cyjanową lub fenylosulfonylową lub p-tolilosulfonylową otrzymuje się w reakcji odpowiednio, α-halogenoalkanonitryli, korzystnie α-chloroalkanonitryli lub sulfonów α-halogenoalkiloarylowych, korzystnie α-chloroalkiloarylowych, o wzorze 2, w którym R³ i Z mają wyżej podane znaczenie, a X oznacza halogen, ze związkami karbonylowymi o wzorze 3, w którym R¹ i R² ma wyżej podane znaczenie, prowadzonej w obecności stałego wodorotlenku metalu alkalicznego, korzystnie sodu lub potasu, w rozpuszczalniku eterowym. W reakcjach tych korzystnie używa się takich rozpuszczalników, jak 1,2-dimetoksyetan (DME), 1,4-dioksan, tetrahydrofuran (THF), eter dietylowy lub etery dialkiliowe poliglikoli etylenowych, α-halogenonitryle stosuje się w niewielkim nadmiarze molowym w stosunku do związku karbonylowego, sulfony α-halogenoalkiloarylowe w stosunku molowym. Proces prowadzi się przez mieszanie wszystkich składników reakcji w temperaturze nie przekraczającej 40°C, do momentu przereagowania związku karbonylowego (zazwyczaj poniżej 1 godz.). Kontrolę postępu reakcji prowadzi się wygodnie metodą chromatografii gazowej. Produkty reakcji wydziela się w standardowy sposób, eterowy rozpuszczalnik można oddestylować z mieszaniny reakcyjnej i użyć w kolejnej reakcji. Podstawione cyjanooksirany o wzorze 1 otrzymuje się zazwyczaj w postaci mieszaniny izomerów cis i trans, zaś podstawione arylosulfonylooksirany o wzorze 1, jako izomery, w których dwa największe podstawniki występują po przeciwnych stronach pierścienia. W sposobie według wynalazku podstawione cyjanooksirany i arylosulfonylooksirany otrzymuje się z wysokimi wydajnościami.

Sposób według wynalazku objaśniony jest bliżej na przykładach wykonania, które jednak nie ograniczają jego zakresu.

P r z y k ł a d 1. Sproszkowany NaOH (6.00 g, 0.15 mol) i THF (10 ml) umieszczono w kolbie okrągłodennej, włączono mieszanie i wkroplono mieszaninę benzaldehydu (5.1 ml, 0.05 mol) i chloroacetonitrylu (3.5 ml, 0.055 mol) utrzymując temperaturę w zakresie 20-30°C. Całość mieszano w tej temperaturze przez 10 min., po czym zawartość kolby wylano na mieszaninę lodu (100 g) i benzenu (50 ml). Rozdzielono fazy, organiczne produkty ekstrahowano benzenem (3x50 ml), połączone eksPL 205 452 B1 trakty przemyto solanką i suszono nad bezwodnym MgSO4. Pozostałość po odparowaniu rozpuszczalnika destylowano pod zmniejszonym ciśnieniem zbierając mieszaninę izomerów Z i E-1-cyjano-2-fenylooksiranu w temperaturze wrzenia 118-119°C/10 Torr w ilości 6.45 g, co stanowi 89% wydajności teoretycznej.

¹H NMR: δ = 3.42 (d, J= 2.0, 1H, C2-H izomer E), 3.79 (d, J=3.6, 1H, C2-H izomer Z), 4.26 (d, J=3.6, 1H, C1-H, izomer Z), 4.29 (d, J=2.0, 1H, C1-H izomer E), 7.24-7.33 (m, 1H, Ar-H), 7.33-7.50 (m, 4H, Ar-H).

P r z y k ł a d 2. W kolbie trójszyjnej zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono sproszkowany NaOH (6.00 g, 0.15 mol) i DME (10 ml). Podczas mieszania zawartości kolby wkroplono mieszaninę acetofenonu (5.8 ml, 0.05 mol) i chloroacetonitrylu (3.5 ml, 0.55 mol), utrzymując temperaturę 25-30°C. Po wkropleniu, kontynuowano mieszanie w tej samej temperaturze przez 10 min. Mieszaninę reakcyjną wylano na lód (100 g) i benzen (50 ml), rozdzielono fazy, fazę wodną ekstrahowano benzenem, połączone organiczne ekstrakty przemyto solanką i suszono MgSO4. Rozpuszczalnik odpędzono na wyparce próżniowej, a pozostałość destylowano, otrzymując 6.90 g (wydajność 87%) 1-cyjano-2-fenylo-2-metylooksiranu (mieszanina izomerów Z i E) o temperaturze wrzenia 128-133°C/15 Torr.

¹H NMR: δ = 1.79 (s, 3H, CH3 izomer Z), 1.96 (s, 3H, CH3 izomer E), 3.36 (s, 1H, C1-H izomer E), 3.60 (s, 1H, C1-H izomer Z), 7.32-7.48 (m, 5H, Ar-H).

P r z y k ł a d 3. W trójszyjnej kolbie okrą g ł odennej umieszczono sproszkowany NaOH (3.00 g, 75 mmol) i THF (12.5 ml). Włączono mieszanie i wkroplono roztwór 4-chlorobenzofenonu (5.4 g, 25 mmol) i chloroacetonitrylu (1.75 ml, 27.5 mmol) w THF (12.5 ml), utrzymując temperaturę w zakresie 20-30°C. Reakcję prowadzono w tej temperaturze przez 40 min., zawartość kolby rozcieńczono wodą (50 ml), odpędzono rozpuszczalnik i pozostałość ekstrahowano Et2O (3x50 ml). Połączone organiczne ekstrakty przemyto solanką i suszono nad bezwodnym MgSO4. Pozostałość po odparowaniu rozpuszczalnika krystalizowano z MeOH, otrzymując mieszaninę izomerów Z i E-1-cyjano-2-fenylo-2-(p-chlorofenylo)oksiranu w ilości 5.76 g, co stanowi 90% wydajności teoretycznej.

Dla wzoru C15H10ClNO (255.70): obl. C 70.46% H 3.94% N 5.48% ozn. C 70.21% H 4.00% N 5.49%

P r z y k ł a d 4. W kolbie trójszyjnej umieszczono sproszkowany KOH (9.90 g, 0.15 mol) i 10 ml Et2O, włączono mieszanie i wkroplono mieszaninę cykloheksanonu (5.2 ml, 0.05 mol) i 2-chloropropionitrylu (4.9 ml, 0.055 mol), utrzymując temperaturę 20-25°C. Mieszanie kontynuowano w temperaturze 30-35°C przez 1.5 h, po czym zawartość kolby wylano na lód (100 g) i benzen (50 ml) i rozdzielono fazy. Fazę wodną ekstrahowano benzenem (3x50 ml), połączone organiczne ekstrakty przemyto solanką i suszono MgSO4. Pozostałość po odparowaniu rozpuszczalnika destylowano pod zmniejszonym ciśnieniem zbierając 1-cyjano-1-metylo-2,2-pentametylenooksiran o temperaturze wrzenia 114-116°C/20 Torr w ilości 7.56 g (wydajność 86%).

¹H NMR: δ = 1.48-1.90 [m, 10H, -(CH2)5-], 1.63 (s, 3H, CH3).

P r z y k ł a d 5. Sproszkowany NaOH (0.42 g, 10.5 mmol) i dioksan (0.7 ml) umieszczono w kolbie okrąg łodennej zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne. Podczas mieszania zawartości kolby wkroplono roztwór sulfonu chlorometylowo-p-tolilowego (0.72 g, 3.5 mmol) i aldehydu izomasłowego (0.35 ml, 3.85 mmol) w dioksanie (2 ml). Mieszanie kontynuowano w temperaturze ok. 30°C przez 1 h, po czym mieszaninę reakcyjną wylano na lód (50 g) i benzen (25 ml), rozdzielono fazy, fazę wodną ekstrahowano benzenem (3x25 ml), organiczne ekstrakty przemyto wodą i suszono nad MgSO4. Rozpuszczalnik odpędzono na wyparce próżniowej, a pozostałość krystalizowano z MeOH otrzymując 0.70 g (wydajność 82%) 2-izopropylo-3-(p-tolilosulfonylo)oksiranu o t.t. 75-77°C.

¹H NMR: δ = 0.98-1.03 (m, 6H, 2xCH3), 1.74-1.92 [m, 1H, (CH3)2CH], 2.46 (s, 3H, C6H4CH3), 3.47 (dd, J=6.4, J=1.6, 1H, C2-H), 3.90 (d, J=1.6, 1H, C3-H), 7.35-7.40 (m, 2H, Ar-H), 7.78-7.83 (m, 2H, Ar-H).

P r z y k ł a d 6. W kolbie trójszyjnej umieszczono sproszkowany KOH (0.69g, 10.5 mmol) oraz THF (1 ml) i podczas mieszania wkroplono roztwór sulfonu chlorometylowo-p-tolilowego (0.72 g, 3.5 mmol) i acetonu (0.28 ml, 3.85 mmol) w THF (2 ml), utrzymując temperaturę nie wyższą niż 35°C. Całość mieszano w tej temperaturze przez 1 h, wylano na lód (50 g) i benzen (25 ml), rozdzielono fazy, fazę wodną ekstrahowano benzenem (3x25 ml), organiczne ekstrakty przemyto wodą i suszono MgSO4. Pozostałość po odparowaniu rozpuszczalnika krystalizowano z MeOH otrzymując 0.69 g (wydajność 86%) 2,2-dimetylo-3-(p-tolilosulfonylo)oksiranu o t.t. 90-91°C.

PL 205 452 B1 ¹H NMR: δ = 1.40 (s, 3H, CH3), 1.81 (s, 3H, CH3), 2.46 (s, 3H, C6H4CH3), 3.78 (s, 1H, C3-H), 7.37-7.42 (m, 2H, Ar-H), 7.80-7.85 (m, 2H, Ar-H).

P r z y k ł a d 7. Sproszkowany NaOH (0.60 g, 15 mmol) i DME (1 ml) umieszczono w kolbie okrągłodennej, włączono mieszanie i wkroplono roztwór sulfonu 1-chloroetylowofenylowego (1.02 g, 5 mmol) i cykloheksanonu (0.57 ml, 5.5 mmol) w DME (2 ml). Mieszanie kontynuowano w temperaturze ok. 30°C przez 1.5 h, po czym zawartość kolby wylano na mieszaninę lodu (50 g) i benzenu (25 ml). Rozdzielono fazy, organiczne produkty ekstrahowano benzenem (3x25 ml), połączone ekstrakty przemyto solanką i suszono nad bezwodnym MgSO4. Pozostałość po odparowaniu rozpuszczalnika rozdzielano metodą na kolumnie wypełnionej żelem krzemionkowym (Merck Silica gel 60), używając do wymywania mieszaninę heksan/octan etylu. Otrzymano 1.08 g (wydajność 81%) 1-fenylosulfonylo-1-metylo-2,2-pentametylenooksiranu w postaci bezbarwnego oleju, który powoli krystalizował.

Dla wzoru C14H18O3S (266.35): obl. C 63.13% H 6.81% S 12.04% ozn. C 62.90% H 6.89% S 12.18%

P r z y k ł a d 8. W kolbie trójszyjnej zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono sproszkowany NaOH (0.60 g, 15 mmol) i eter dimetylowy glikolu dietylenowego (1 ml). Mieszając zawartość kolby wkroplono benzofenon (1.00 g, 5.5 mmol) i sulfon chlorometylowo-p-tolilowy (1.02 g, 5 mmol) rozpuszczone w eterze dimetylowym glikolu dietylenowego (3 ml) w temperaturze 30-35°C. Po wkropleniu, kontynuowano mieszanie w tej temperaturze przez 1 h. Mieszaninę reakcyjną wylano na lód (50 g) i benzen (25 ml), rozdzielono fazy, fazę wodną ekstrahowano benzenem (3x25 ml) a połączone benzenowe ekstrakty przemyto solanką i suszono Na2SO4. Rozpuszczalnik odpędzono na wyparce próżniowej, a pozostałość przekrystalizowano z mieszaniny CCl4/heksan, uzyskując 1.59 g (wydajność 91%) 2,2-difenylo-3-(p-tolilosulfonylo)oksiranu o t.t. 105-106°C.

Dla wzoru C21H18O3S (350.43): obl. C 71.98% H 5.18% S 9.15% ozn. C 71.70% H 5.25% S 9.30%

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania podstawionych cyjanooksiranów lub arylosulfonylooksiranów o wzorze 1, w którym R¹ i R² oznacza atom wodoru, lub grupę alkilową, lub grupę arylową i są takie same lub różne lub R¹ i R² łącznie oznaczają części węglowodorowego łańcucha zawierającego od 3 do 7 atomów węgla, R³ oznacza atom wodoru lub grupę alkilową, a Z oznacza grupę cyjanową lub fenylosulfonylową lub p-tolilosulfonylową w kondensacji α-halogenoalkanonitryli lub sulfonów arylowo α-halogenoalkilowych o wzorze 2, w którym R³ i Z ma wyżej podane znaczenie, a X oznacza halogen, ze związkami karbonylowymi o wzorze 3, w którym R¹ i R² ma wyżej podane znaczenie, w obecności wodorotlenku metalu alkalicznego, znamienny tym, że kondensację prowadzi się w rozpuszczalniku eterowym, a wodorotlenek metalu alkalicznego stosuje się w postaci stałej.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalniki stosuje się 1,2-dimetoksyetan, 1,4-dioksan, tetrahydrofuran, eter dietylowy lub etery dialkiliowe poliglikoli etylenowych.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako α-halogenoalkanonitryle stosuje się α-chloroalkanonitryle, a jako sulfony arylowo α-halogenoalkilowe stosuje się sulfony arylowo α-chloroalkilowe.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wodorotlenek metalu alkalicznego stosuje się wodorotlenek sodu lub potasu.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kondensację prowadzi się w temperaturze nie wyższej niż 40°C.