Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2459797

(19)

RU

(11)

2459797

(13)

C1

(51) МПК C07C17/10 (2006.01)

C07C23/46 (2006.01)

B01J23/745 (2006.01)

B01J31/12 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011116862/04, 27.04.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

27.04.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 27.04.2011

(45) Опубликовано: 27.08.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2000106663 A, 10.01.2002. KR 20040064707 A, 19.07.2004. RU 2125552 C1, 27.01.1999.

Адрес для переписки:

450075, Республика Башкортостан, г.Уфа, пр-кт Октября, 141, ИНК РАН, патентная группа

(72) Автор(ы):

Джемилев Усеин Меметович (RU),

Хуснутдинов Равил Исмагилович (RU),

Щаднева Нина Алексеевна (RU),

Ошнякова Татьяна Михайловна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Учреждение Российской академии наук Институт нефтехимии и катализа РАН (RU)

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1,3-ДИХЛОРАДАМАНТАНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу получения 1,3-дихлорадамантана

каталитическим хлорированием адамантана, отличающемуся тем, что хлорирование проводят с помощью четыреххлористого углерода под действием железосодержащих катализаторов Fe(acac) 3 или Fe(C 5 H 5 ) 2 в присутствии метанола при 160-170°C в течение 3-6 часов при мольном соотношении [адамантан]: [CCЦ]: [CH 3 OH]: [катализатор] = 100:200:100:3÷5. Настоящий способ использует дешевые катализаторы и осуществляется в более мягких условиях. 6 пр., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения 1,3-дихлорадамантана.

1,3-Дихлорадамантан (1) широко применяется в производстве термо- и хемостойких полимеров, полупроводниковых резисторов, инсектицидов и служит исходным сырьем при синтезе лекарственных препаратов (Багрий Е.И. // Адамантаны. - М.: Наука, 1989. С.264 [1]).

1,3-Дихлорадамантан (1) с выходом 80.7% получают хлорированием адамантана (1) с помощью хлорсульфоновой кислоты (ClSO 2 OH) при -5°C в течение 60 часов (Б.М.Лерман, З.Я.Арефьева, А.Р.Кузыев, Г.А.Толстиков. Изв. АН СССР, 4, С.894 (1971) [2]).

Реакция адамантана (2) с ClSO 2 OH (соотношение [адамантан]: [ClSO 2 OH] = 1:4) при 20°C, 100 ч дает 1,3-дихлорадамантан (1) с выходом 90% (G.A.Tolstikov, В.М.Lerman, Z.Ya.Arefjeva. // Tetrahedron Lett, 31, P.3191-3192 (1972) [3]).

Хлорирование адамантана (2) хлорсульфоновой кислотой при 0-10°C в течение 2 часов, а затем при 20°C 5 часов приводит к образованию 1,3-дихлорадамантана (1) с выходом 93% (N.Tanaka, М.Yamaguchi. Патент США, 6878853 В2, опубл. 12.04.2005 [4]).

Существенные недостатки методов:

1. Большой избыток хлорирующего агента.

2. Агрессивность и высокая коррозионная активность хлорирующего агента ClSO 2 OH и продуктов его гидролиза (HCl, H 2 SO 4 ).

3. Трудность выделения целевого 1,3-дихлорадамантана (1) из разбавленных растворов, содержащих большое количество ClSO 2 OH, HCl, H 2 SO 4 .

При хлорировании адамантана (2) четыреххлористым углеродом в присутствии AlCl 3 при 20°C в течение 22 часов образуется смесь 1,3-дихлорадамантана (1) (выход 71%) и 1-хлорадамантана (3) (13%) (Н.Stetter, М.Krause, W.-D.Last. Angew. Chem., V.80, 22, P.970-971 (1968) [5]).

Существенные недостатки метода:

1. Неселективность реакции.

2. Значительная продолжительность реакции (22 часа).

3. Образование большого количества неорганических отходов и сточных вод, содержащих Al(OH) 3 и HCl.

Кипячение адамантана (2) с хлоридом йода (ICl) в среде CCl 4 в течение 5 часов приводит к 1,3-дихлорадамантану (1) с выходом 98% (A.G.Yurchenko, N.I.Kulik, V.P.Kuchar, V.M.Djakovskaya, V.F.Baklan. Tetrahedron Lett, V.27, 12, P.1399-1402 (1986) [6]; А.Г.Юрченко, Н.И.Кулик, В.П.Кухарь, В.М.Дьяковская, В.Ф.Баклан, Н.А.Фокина. Украинский химич. журнал, Т.55, 6, С.636-639 (1989) [7]).

Недостатки метода:

1. Труднодоступность хлорида йода ICl и необходимость его использования в большом избытке.

Хлорирование адамантана (2) с помощью изопропилхлорида (i-PrCl) в присутствии АlСl 3 в среде четыреххлористого углерода (ССl 4 ) при комнатной температуре в течение 4 часов приводит к образованию смеси трех продуктов: 1,3-дихлорадамантана (1) (выход 33.4%), 1-хлорадамантана (3) (46.9%) и 2-хлорадамантана (4) (4.3%) (R.Jalal, R.Gallo. Synth. Commun., V.19, 9-10, P.1697-1704 (1989) [8]).

Существенные недостатки метода:

1. Большой расход катализатора AlCl 3 .

2. Разложение образующихся комплексов проводится большим избытком 35% раствора соляной кислоты.

3. Трудность выделения 1,3-дихлорадамантана (1) в чистом виде из реакционной массы, содержащей i-PrCl, АlСl 3 , ССl 4 , (3) и (4).

4. Низкая селективность реакции.

5. Образование сточных вод, содержащих АlСl 3 и HCl.

1,3-Дихлорадамантан (1) с выходом 28% получают хлорированием адамантана (1) системой t-BuOCl - N-гидроксифталимид (NHPI) в соотношении [адамантан]: [NНРI]: [t-BuOCl] = 1:2:2 в среде ацетонитрила (CH 3 CN) при 25°C в течение 18 часов (Т.С.Жук, П.А.Гурченко, Я.Ю.Коровай, П.Р.Шрайнер, А.А.Фокин. Теорет. и эксперим. химия, Т.44, 1, С.46-51 (2008) [9])

При уменьшении количества N-гидроксифталимида до 0.25 ммоль выход 1,3-дихлорадамантана снижается до 17%, а в реакционной смеси обнаруживается побочный продукт - 1,3,5-трихлорадамантан (5) (13%).

Недостатки метода:

1. Низкий выход 1,3-дихлорадамантана (1).

2. Неселективность реакции.

3. Использование в качестве хлорирующего агента нестабильного третбутилгипохлорита, получаемого перед реакцией из гипохлорита натрия и трет-бутанола.

4. Реакционная масса содержит CH 3 CN, t-BuOCl, N-гидроксифталимид, 1-хлорадамантан (3) и 2-хлорадамантан (4), что создает трудности при выделении целевого 1,3-дихлорадамантана (1).

Термическое хлорирование адамантана (2) с помощью CCl 4 приводит к образованию хлорпроизводных адамантана (K.Tanemura, T.Suzuki. Tetrahedron Lett, V.49, 45, P.6419-6422 (2008) [10]; K.Tanemura, T.Suzuki. Tetrahedron, V.66, 15, P.2881-2888 (2010) [11]). Так, при взаимодействии 4 ммоль адамантана с 15 мл CCl 4 в атмосфере азота при 250°C в течение 9 часов в стальном микровтоклаве с тефлоновым покрытием (давление ~7 МРа) образуется смесь 1,3-дихлорадамантана (1), 1-хлорадамантана (3) и 2-хлорадамантана (4) с выходами 73%, 4% и 2% соответственно.

Существенные недостатки метода:

1. Образование побочного продукта - ядовитого газообразного хлора.

2. Используется большой избыток хлорирующего агента - четыреххлористого углерода.

3. Реакция проводится при высокой температуре и высоком давлении.

4. Низкая селективность реакции.

Смесь 1,3-дихлорадамантана (1) и 1-хлорадамантана (3) образуется при хлорировании адамантана (2) четыреххлористым углеродом под действием соединений кобальта при 150°C, 3 часа (У.М.Джемилев, Р.И.Хуснутдинов, Н.А.Щаднева, В.Н.Латыпов. Патент РФ, 212551 С1, опубл. 27.01.1999 [12]).

Недостатки метода:

1. Образуется трудноразделимая смесь 1,3-дихлорадамантана (1) и 1-хлорадамантана (3), которые являются кристаллическими веществами.

1,3-Дихлорадамантан (1) (выход 98%) получают хлорированием адамантана (2) хлороформом (CHCl 3 ) или хлористым метиленом (CH 2 Cl 2 ) под действием трехкомпонентного катализатора Fe-Ti-полимер при 200°C в течение 3 часов (Р.И.Хуснутдинов, В.Н.Латыпов, Н.А.Щаднева, А.Р.Байгузина, У.М.Джемилев. Патент РФ, 2178401 C2, опубл. 20.01.2002 [13]).

Хлорирование адамантана (2) четыреххлористым углеродом в присутствии Mn(acac) 3 , активированного ацетонитрилом (CH 3 CN) (соотношение [Mn(acac) 3 ]:[CH 3 CN]=1:2) при 200°C в течение 3 часов с общим выходом 96% приводит к образованию смеси 1,3-дихлорадамантана (1) и 1,3,5-трихлорадамантана (5) в соотношении (1):(5)=10:1 (Р.И.Хуснутдинов, Н.А.Щаднева, А.Р.Байгузина, Ю.Ю.Лаврентьева, Р.Ю.Бурангулова, У.М.Джемилев. Нефтехимия, т.44, 22, С.148-155 (2004) [14])

На основании сходства по нескольким признакам (идентичные реагенты: адамантан, четыреххлористый углерод, использование катализатора) за прототип взят метод хлорирования адамантана с помощью CCl 4 под действием каталитической системы Mn(acac) 3 -CH 3 CN [14].

Прототип имеет следующие недостатки:

1. Использование сравнительно дорогостоящего Mn-содержащего катализатора.

2. Жесткие условия реакции.

3. Образование смеси продуктов.

Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии получения 1,3-хлорадамантана (1).

Авторами предлагается способ получения 1,3-дихлорадамантана (1), не имеющий указанных недостатков.

Сущность способа заключается в хлорировании адамантана (2) с помощью системы CCl 4 - метанол (CH 3 OH) под действием железосодержащих катализаторов (Fe(acac) 3 или Fe(С 5 Н5) 2 ) в присутствии метанола при 160-170°C в течение 3-6 часов при мольном соотношении [адамантан]: [CCl 4 ]: [CH 3 OH]: [катализатор] = 100:200:100:3÷5. В оптимальных условиях единственным продуктом реакции является 1,3-дихлорадамантан (1), выход которого составляет 90%.

Преимущества предлагаемого метода:

1. Используются дешевые Fe-содержащие катализаторы.

2. По сравнению с прототипом (200°C) процесс проводится при более мягких условиях (160-170°C).

Способ поясняется примерами.

Пример 1. В микроавтоклав из нержавеющей стали (V=17 мл) или стеклянную ампулу (V=20 мл) (результаты параллельных опытов практически не отличаются) под аргоном помещали 0.3 ммоль Fe(acac) 3 , 10 ммоль адамантана и 20 ммоль ССl 4 , 10 ммоль CH 3 OH, автоклав герметично закрывали (ампулу запаивали) и нагревали при 160°C в течение 6 часов. После окончания реакции микроавтоклав (ампулу) охлаждали ~20°C, вскрывали, растворитель отгоняли, остаток перекристаллизовывали из метанола. Выход 1,3-дихлорадамантана (1) 90%, т.пл. 130-132°C. Спектр ЯМР 13 С (CDCl 3 , , м.д.): 66.74 (С 1 , С 3 ), 56.51 (С 2 ), 45.71 (С 4 , С 8 , С 9 , С 10 ), 33.65 (С 5 , С 7 ), 33.35 (С 6 ). Найдено, %: C 58.54; H 6.84, Cl 34.62. C 10 H 15 Cl. Вычислено, %: C 58.55; H 6.87; Cl 34.56.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты опытов по синтезу 1,3-дихлорадамантана (1) хлорированием адамантана (2) с помощью CCl 4 под действием Fe-содержащих катализаторов в присутствии метанола

п/п

Катализатор

Мольное соотношение [Fe]: [адамантан]: [ССl 4 ]: [CH 3 OH]

Температура, °C

Время реакции, ч

Выход 1,3-дихлорадамантана, %

1

2

3

4

5

6

1

Fe(acac) 3

3:100:200:100

160

6

90

2

--//--

5:100:200:100

--//--

--//--

75

3

--//--

3:100:200:100

170

3

52

4

Fe(C 5 H 5 ) 2

3:100:200:100

160

6

83

5

--//--

5:100:200:100

--//--

6

77

6

--//--

3:100:200:100

170

3

69

Формула изобретения

Способ получения 1,3-дихлорадамантана

каталитическим хлорированием адамантана, отличающийся тем, что хлорирование проводят с помощью четыреххлористого углерода под действием железосодержащих катализаторов Fe(acac) 3 или Fe(C 5 H 5 ) 2 в присутствии метанола при 160-170°C в течение 3-6 ч при мольном соотношении [адамантан]: [CCl 4 ]: [CH 3 OH]: [катализатор] = 100:200:100:3÷5.