Способ получения с, с'-карборандикарбоновых кислот

Способ получения с, с'-карборандикарбоновых кислот

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технологии получения борорганических соединений, в частности C,C′-карборандикарбоновых кислот, а именно 1,2-0-, 1,7-м- и 1,12-п-карборандикарбоновых кислот, которые могут быть использованы в качестве структурных единиц для синтеза карборансодержащих полимеров, супрамолекулярных систем, реагентов для клинической биохимии, а также для производства изделий радиоэлектронной и электротехнической промышленности.

Известный способ получения C,C′-карборандикарбоновых кислот включает взаимодействие о(м,п)-карборанов с н-бутиллитием, который применяется в виде раствора в диэтиловом эфире, гексане или петролейном эфире, последующую обработку реакционной массы газообразным или твердым диоксидом углерода (CO₂), затем газообразным хлористым водородом (HCl) или разбавленной либо концентрированной соляной кислотой. Синтез проводят в среде диэтилового эфира или тетрагидрофурана, кроме того, для проведения первой стадии синтеза необходима инертная атмосфера (азот, аргон). (Heying T.L., Ager J.W., Clark S.L., Alexander R.P., Papetti S., Reid J.A., Trotz S.I. Inorg. Chem., 1963, Vol. 2, No. 6, 1097-1105; Grafstein D., Bobinski J., Dvorak J., Smith H., Schwartz N.N., Cohen M.S., Fein M.M. Inorg. Chem, 1963, Vol. 2, No. 6, 1120-1125; Grafstein D., Dvorak J. Inorg. Chem, 1963, Vol. 2, No. 6, 1128-1133; Kahl S.B, Kasar R.A. J. Am. Chem. Soc, 1996, vol. 118, No. 5, 1223-1224).

К недостаткам известного способа можно отнести следующее:

- необходимость использования безводных (абсолютированных) растворителей и инертной атмосферы;

- процесс пожаро- и взрывоопасен из-за применения н-бутиллития и диэтилового эфира;

- образование С-карборанмонокарбоновых кислот в качестве побочных продуктов.

Также известен способ получения 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты реакцией диметилового эфира 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты с водным раствором гидроксида калия и последующим взаимодействием образующейся дикалиевой соли с газообразным HCl в безводном бензоле (Grafstein D., Bobinski J., Dvorak J., Smith H., Schwartz N.N., Cohen M.S., Fein M.M. Inorg. Chem., 1963, Vol. 2, No. 6, 1120-1125).

К недостаткам данного способа относится следующее:

- низкий выход целевого продукта;

- необходимость тщательного высушивания дикалиевой соли перед проведением второй стадии;

- применение абсолютированного растворителя (бензола).

Наиболее близким по технической сущности и принятым нами в качестве прототипа является процесс окисления 1,2-бис(гидроксиметил)-о- и 1,7-бис(гидроксиметил)-м-карборанов перманганатом калия (KMnO₄) в водном растворе гидроксида калия (Grafstein D., Bobinski J., Dvorak J., Smith H., Schwartz N.N., Cohen M.S., Fein M.M. Inorg. Chem., 1963, Vol. 2, No. 6, 1120-1125; Grafstein D., Dvorak J. Inorg. Chem., 1963, Vol. 2, No. 6, 1128-1133).

Однако данным способом можно синтезировать исключительно о(м)-карбораны, поскольку в данных условиях образование C,C′-карборандикарбоновых кислот не происходит в результате деградации гидроксиметильной группы.

Задача данного изобретения заключается в создании простого способа получения C,C′-карборандикарбоновых кислот окислением соответствующих 1,2-, 1,7- и 1,12-бис(гидроксиметил)-о(м,п)-карборанов.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ получения C,C′-карборандикарбоновых кислот окислением 1,2-бис(гидроксиметил)-о-, 1,7-бис(гидроксиметил)-м- и 1,12-бис(гидроксиметил)-п-карборанов с последующим выделением конечного продукта, отличающийся тем, что окисление осуществляют галохроматами или бихроматами азотистых гетероциклических оснований при температуре от 20 до 30°C в течение 3-8 часов, причем процесс проводят в среде органических амидных растворителей, в качестве которых используют Ν,N-диметилформамид, Ν,Ν-диметилацетамид, N-метилпирролидон,

1,3-диметил-2-имидазолидинон, 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинон.

Выходы конечных продуктов составляют 65-85% от теории на перекристаллизованный из дистиллированной воды или 30-40%-ного водного этанола продукт.

Процесс протекает в соответствии с уравнением реакции 1,2(1,7; 1,12)-

где Z = пиридин, хинолин, изохинолин, пиримидин, 2,2′-бипиридин, 4,4′-бипиридин, 2,2′-бихинолин, 3,5-диметил-1Н-пиразол, пиразол, пиразин, пиридазин, имидазол, 1-метилимидазол, 2-метилимидазол, 1,2-диметилимидазол, 1,10-фенантролин;

X^n-=ClCrO₃ ^-, FCrO₃ ^-, Cr₂O₇ ^2-; n=1, 2;

Синтез C,C′-карборандикарбоновых кислот реакцией окисления соответствующих 1,2-, 1,7- и 1,12-бис(гидроксиметил)-о(м,п)-карборанов проводят в воздушной атмосфере в трехгорлой круглодонной колбе, снабженной мешалкой и термометром. В колбу загружают расчетное количество 1,2-бис(гидроксиметил)-о-, 1,7-бис(гидроксиметил)-м- или 1,12-бис(гидроксиметил)-п-карборана, затем раствор хлорохромата, фторохромата или бихромата пиридиния (хинолиния, изохинолиния, пиримидиния, 2,2′-бипиридиния, 4,4′-бипиридиния, 2,2′-бихинолиния, 3,5-диметил-1Н-пиразолия, пиразолия, пиразиния, пиридазиния, имидазолия, 1-метилимидазолия, 2-метилимидазолия, 1,2-диметилимидазолия, 1,10-фенантролиния) в органическом амидном растворителе. Реакционную массу перемешивают в течение 3-8 часов. По завершении процесса окисления реакционную массу при перемешивании переливают в дистиллированную воду, водный раствор подкисляют 20-37%-ной соляной кислотой. Далее кислый раствор экстрагируют этилацетатом, н-бутилацетатом, изопропилацетатом или диизопропиловым эфиром, экстракт высушивают над безводным сульфатом натрия или магния, после чего экстракт упаривают досуха в ротационном испарителе. Целевой продукт перекристаллизовывают из дистиллированной воды или 30-40%-ного водного этанола.

Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. Получение 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты

В трехгорлую круглодонную колбу (0,25 л), снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 29,03 г (132,0 ммоль) хлорохромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 75 мл Ν,N-диметилформамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 20°С в течение 3 часов. Затем реакционную массу при перемешивании переливают в 500 мл дистиллированной воды, после чего подкисляют 50 мл 25%-ной соляной кислоты. Кислый раствор экстрагируют 3×75 мл изопропилацетата, экстракт высушивают над 50 г безводного сульфата натрия или магния, после чего упаривают досуха в ротационном испарителе. Целевой продукт перекристаллизовывают из дистиллированной воды. Общий выход 65% от теории.

Пример 2. Получение 1,7-м-карборандикарбоновой кислоты

В трехгорлую круглодонную колбу (0,25 л), снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,7-бис(гидроксиметил)-м-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 31,93 г (145,2 ммоль) хлорохромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 85 мл Ν,N-диметилформамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 25°С в течение 4,5 часов. Затем реакционную массу при перемешивании переливают в 500 мл дистиллированной воды, после чего подкисляют 50 мл 30%-ной соляной кислоты. Кислый раствор экстрагируют 4×75 мл этилацетата, экстракт высушивают над 50 г безводного сульфата натрия или магния, после чего упаривают досуха в ротационном испарителе. Целевой продукт перекристаллизовывают из дистиллированной воды. Общий выход 72% от теории.

Пример 3. Получение 1,12-п-карборандикарбоновой кислоты

В трехгорлую круглодонную колбу (0,1 л), снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают 1,65 г (6,0 ммоль) 1,12-бис(гидроксиметил)-п-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 6,34 г (28,8 ммоль) хлорохромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 20 мл Ν,Ν-диметилформамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 30°С в течение 7 часов. Затем реакционную массу при перемешивании переливают в 100 мл дистиллированной воды, после чего подкисляют 10 мл 37%-ной соляной кислоты. Кислый раствор экстрагируют 5×20 мл диизопропилового эфира, экстракт высушивают над 15 г безводного сульфата натрия или магния, после чего упаривают досуха в ротационном испарителе. Целевой продукт перекристаллизовывают из 40%-ного водного этанола. Общий выход целевого продукта 68% от теории.

Пример 4. Получение 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 1.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 50,67 г (132,0 ммоль) бихромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 150 мл Ν,N-диметилацетамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 20°C в течение 3,5 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 77% от теории.

Пример 5. Получение 1,7-м-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 2.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,7-бис(гидроксиметил)-м-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 55,74 г (145,2 ммоль) бихромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 170 мл Ν,N-диметилацетамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 25°C в течение 5 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 84% от теории.

Пример 6. Получение 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 1.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 50,67 г (132,0 ммоль) бихромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 150 мл N-метилпирролидона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 20°С в течение 3 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из дистиллированной воды. Общий выход 76% от теории.

Пример 7. Получение 1,12-п-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 3.

В трехгорлую круглодонную колбу (0,1 л) загружают 1,65 г (6,0 ммоль) 1,12-бис(гидроксиметил)-п-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 11,05 г (28,8 ммоль) бихромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 40 мл N-метилпирролидона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 30°С в течение 7 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 40%-ного водного этанола. Общий выход целевого продукта 79% от теории.

Пример 8. Получение 1,7-м-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 2.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,7-бис(гидроксиметил)-м-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 31,93 г (145,2 ммоль) хлорохромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 100 мл N-метилпирролидона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 25°С в течение 5 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из дистиллированной воды. Общий выход целевого продукта 71% от теории.

Пример 9. Получение 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 1.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 26,82 г (132,0 ммоль) фторохромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 120 мл Ν,N-диметилацетамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 20°С в течение 3,5 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 72% от теории.

Пример 10. Получение 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 1.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 39,82 г (132,0 ммоль) хлорохромата 2,2′-бипиридиния (с учетом 97% чистоты) в 120 мл 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 20°С в течение 3,5 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 68% от теории.

Пример 11. Получение 1,7-м-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 2.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,7-бис(гидроксиметил)-м-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 29,5 г (145,2 ммоль) фторохромата пиридиния (с учетом 98% чистоты) в 150 мл 1,3-диметил-2-имидазолидинона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 25°С в течение 6 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 79% от теории.

Пример 12. Получение 1,12-п-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 3.

В трехгорлую круглодонную колбу (0,1 л) загружают 1,65 г (6,0 ммоль) 1,12-бис(гидроксиметил)-п-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 14,14 г (28,8 ммоль) бихромата хинолиния (с учетом 97% чистоты) в 60 мл Ν,Ν-диметилформамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 30°С в течение 8 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 40%-ного водного этанола. Общий выход целевого продукта 80% от теории.

Пример 13. Получение 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 1.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 31,65 г (132,0 ммоль) хлорохромата 3,5-диметил-1Н-пиразолия (с учетом 97% чистоты) в 100 мл 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 20°С в течение 3 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 67% от теории.

Пример 14. Получение 1,7-м-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 2.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,7-бис(гидроксиметил)-м-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 53,02 г (145,2 ммоль) бихромата пиразолия (с учетом *97% чистоты) в 170 мл Ν,Ν-диметилацетамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 25°С в течение 6 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 85% от теории.

Пример 15. Получение 1,12-п-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 3.

В трехгорлую круглодонную колбу (0,1 л) загружают 1,65 г (6,0 ммоль) 1,12-бис(гидроксиметил)-п-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 11,35 г (28,8 ммоль) бихромата 1-метилимидазолия (с учетом 97% чистоты) в 50 мл 1,3-диметил-2-имидазолидинона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 30°С в течение 8 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 40%-ного водного этанола. Общий выход целевого продукта 81% от теории.

Пример 16. Получение 1,7-м-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 2.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,7-бис(гидроксиметил)-м-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 32,35 г (145,2 ммоль) фторохромата 1,2-диметилимидазолия (с учетом 97% чистоты) в 125 мл 1,3-диметил-2-имидазолидинона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 25°С в течение 6 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 80% от теории.

Пример 17. Получение 1,12-п-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 3.

В трехгорлую круглодонную колбу (0,1 л) загружают 1,65 г (6,0 ммоль) 1,12-бис(гидроксиметил)-п-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 11,23 г (28,8 ммоль) бихромата пиразиния (с учетом 97% чистоты) в 50 мл Ν,Ν-диметилформамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 30°С в течение 8 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 40%-ного водного этанола. Общий выход целевого продукта 81% от теории.

Пример 18. Получение 1,7-м-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 2.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,7-бис(гидроксиметил)-м-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 56,60 г (145,2 ммоль) бихромата пиримидиния (с учетом 97% чистоты) в 170 мл Ν,Ν-диметилацетамида. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 25°С в течение 6 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 85% от теории.

Пример 19. Получение 1,2-о-карборандикарбоновой кислоты

Окисление осуществляют аналогично примеру 1.

Загружают 6,88 г (33,0 ммоль) 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана (с учетом 98% чистоты) и раствор 39,82 г (132,0 ммоль) хлорохромата 4,4′-бипиридиния (с учетом 97% чистоты) в 120 мл 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1Н)-пиримидинона. Включают мешалку и реакционную массу перемешивают при температуре 20°С в течение 3,5 часов. Целевой продукт перекристаллизовывают из 30%-ного водного этанола. Общий выход 69% от теории.

Для подтверждения идентичности синтезированных С,С′-карборандикарбоновых кислот использовался метод спектроскопии ЯМР на ядрах ¹H, ¹¹В, ¹³C.

1. Способ получения C,C′-карборандикарбоновых кислот окислением 1,2-бис(гидроксиметил)-о-, 1,7-бис(гидроксиметил)-м- и 1,12-бис(гидроксиметил)-п-карборанов с последующим выделением конечного продукта, отличающийся тем, что окисление осуществляют галохроматами или бихроматами азотистых гетероциклических оснований при температуре от 20 до 30°C в течение 3-8 часов, причем процесс проводят в среде органических амидных растворителей, в качестве которых используют N,N-диметилформамид, N,N-диметилацетамид, N-метилпирролидон, 1,3-диметил-2-имидазолидинон, 1,3-диметил-3,4,5,6-тетрагидро-2(1H)-пиримидинон.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат пиридиния.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат хинолиния.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат изохинолиния.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат пиримидиния.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат 2,2′-бипиридиния.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат 4,4′-бипиридиния.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат 2,2′-бихинолиния.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат 3,5-диметил-1H-пиразолия.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат пиразолия.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат пиразиния.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат пиридазиния.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат имидазолия.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат 1-метилимидазолия.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат 2-метилимидазолия.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат 1,2-диметилимидазолия.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют хлорохромат, фторохромат или бихромат 1,10-фенантролиния.