PL215471B1 - Symetryczne czwartorzędowe sole amoniowe pochodne nasyconego alkoholu cyklicznego oraz sposób ich wytwarzania - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku są symetryczne czwartorzędowe sole amoniowe pochodne nasyconego alkoholu cyklicznego, znajdujące zastosowanie jako katalizatory i rozpuszczalniki w reakcji Dielsa-Aldera oraz sposób wytwarzania symetrycznych czwartorzędowych soli amoniowych pochodnych nasyconego alkoholu cyklicznego.

Z publikacji J. Feder-Kubis „Mentol - komponent chiralnych cieczy jonowych”, Przem. Chem., 89, 1422-1426 (2010) znane są chiralne ciecze jonowe zawierających komponent optycznie czynnego mentolu.

Z polskiego zgłoszenia patentowego nr PL 379942 znane są czwartorzędowe sole pirydyniowe, zawierające komponent (1R,2S,5R)-(-)- mentolu, o charakterze cieczy jonowych, których wytwarzanie polega na tym, że chlorek [(1R,2S,5R)-(-)-mentoksymetylo]pirydyniowy poddaje się reakcji z bis(trifluorometylosulfonylo)imidkiem litu w stosunku molowym 0,8-1,5 w temperaturze od 273 do 373K w obecności rozpuszczalnika organicznego polarnego lub w wodzie.

Symetryczne czwartorzędowe sole amoniowe pochodne nasyconego alkoholu cyklicznego, będące przedmiotem wynalazku nie zostały dotychczas opisane w literaturze.

Istotę wynalazku stanowią symetryczne czwartorzędowe sole amoniowe pochodne nasyconego alkoholu cyklicznego o wzorze ogólnym 1, zawierające w części kationowej dwie grupy (1R,2S,5R)-(+)-mentolu połączone z atomem azotu typu pirolowego imidazolu w pozycji N-1 oraz z atomem azotu typu pirydyniowego imidazolu w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X anion zawierający co najmniej jeden atom fluoru, taki jak: tetrafluoroboranowy, heksafluorofosforanowy, bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowy, bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidkowy, trifluorometylosulfonianowy lub trifluorooctanowy.

Struktury nowych połączeń charakteryzują się sześcioma chiralnymi centrami, które są zlokalizowane na kationie.

Sposób otrzymywania symetrycznych czwartorzędowych soli amoniowych pochodnych nasyconego alkoholu cyklicznego o wzorze ogólnym 1, zawierających w części kationowej dwie grupy (1S,2R,5S)-(+)-mentolu połączone z atomem azotu typu pirolowego imidazolu w pozycji N-1 oraz z atomem azotu typu pirydyniowego imidazolu w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X anion zawierający co najmniej jeden atom fluoru, taki jak: tetrafluoroboranowy, heksafluorofosforanowy, bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowy, bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidkowy, trifluorometylosulfonianowy lub trifluorooctanowy, polega na tym, że chiralny chlorek 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowy, o wzorze ogólnym 2, poddaje się reakcji z solami organicznymi lub nieorganicznymi, zawierającymi co najmniej jeden atom fluoru, wybranymi z grupy obejmującej: tetrafluoroboran sodu, heksafluorofosforan potasu, bis(trifluorometylosulfonylo)imidek litu, bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidek litu, trifluorometylosulfonian sodu lub trifluorooctan potasu, użytymi w stosunku bliskim równomolowemu, korzystnie równym od 0,8 do 1,4 w temperaturze od 273 do 373K, w obecności rozpuszczalnika organicznego lub w wodzie.

Korzystnie rozpuszczalnik organiczny wybrany jest z grupy obejmującej: chloroform, aceton, octan etylu, THF - tetrahydrofuran, chlorek metylenu, DMSO - dimetylosulfotlenek, DMF - dimetyloformamid, alkohole pierwszorzędowe o ilości atomów węgla od 1 do 4, toluen, eter dietylowy, heksan lub heptan.

Sposób według wynalazku umożliwia wytworzenie symetrycznych czwartorzędowych soli amoniowych pochodnych nasyconego alkoholu cyklicznego z wysoką wydajnością. Wszystkie uzyskane połączenia kation-anion należą do grupy cieczy jonowych. Ze względu na obecność pochodnej (1S,2R,5S)-(+)-mentolu należą do chiralnych cieczy jonowych, które są cieczami hydrofobowymi, ciekłymi w szerokim zakresie temperatury. Są to ciecze jonowe o niskiej prężności par w temperaturze pokojowej, stabilne w szerokim zakresie temperatur. Gęstości otrzymanych związków, wyznaczone ₃ w temperaturze 303,15K, mieszczą się w przedziale 1,1 do 1,4 g/cm³. Chiralne czwartorzędowe sole amoniowe dobrze rozpuszczają związki organiczne.

Syntezy z użyciem chiralnych substratów umożliwiają szerokie spektrum zastosowań w dalszych selektywnych syntezach, dlatego też symetryczne czwartorzędowe sole amoniowe zawierające dwa komponenty (1S,2R,5S)-(+)-mentolu nadają się do stosowania jako polarne rozpuszczalniki. Cechę tą sprawdzono przeprowadzając reakcję Dielsa-Aldera stosując jako rozpuszczalnik i katalizator trifluorooctan 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowy oraz bis(trifluorometylosulfonylo)imidek 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowy. Jako substraty zastosowano maleinian

PL 215 471 B1 dimetylu oraz cyklopentadien. Otrzymano produkty reakcji Dielsa-Aldera z wydajnością 97% o stosunku izomerów endo/ekso równym 3 w przypadku stosowania trifluorooctanu oraz 98% - dla bis(trifluorometylosulfonylo)imidku. Izomery oznaczono metodą chromatografii gazowej.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest bliżej w przykładach wytwarzania.

P r z y k ł a d 1

Sposób wytwarzania tetrafluoroboranu 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego ₃ przedstawionego wzorem 3, polega na tym, że do reaktora o pojemności 250 cm³ wprowadza się ₃

0,8 mola chlorku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego i 60 cm³ DMF. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 1 mol tetrafluoroboranu sodu, uprzednio rozpuszczonego w dimetyloformamidzie. Reakcję prowadzi się w temperaturze 373K przez 45 minut. Odparowuje się rozpuszczalnik, a produkt reakcji w postaci cieczy jonowej przemywa się czterokrotnie wodą destylowaną. Wydajność reakcji osiągnęła 95%.

W podobny sposób przeprowadza się tą reakcję używając jako rozpuszczalnik toluen - wydajność reakcji osiąga wtedy 96%.

Strukturę syntezowanego optycznie czynnego tetrafluoroboranu imidazoliowego potwierdziła analiza elementarna CNH i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego.

Analiza elementarna (%) dla C25H45BF4N2O2 (492,52):

wartości teoretyczne: C 60,96; H 9,23; N 5,69;

wartości doświadczalne: C 61,18; H 9,04; N 5,75.

Widmo ¹³C NMR tetrafluoroboranu 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego: (CDCI3, 25°C) δ [ppm] = 15,6; 20,9; 22,1; 22,7; 25,4; 31,0; 34,0; 40,2; 47,8; 77,4; 80,0; 121,4; 136,1.

P r z y k ł a d 2

Sposób wytwarzania heksafluorofosforanu 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego przedstawionego wzorem 4, polega na tym, że w kolbie trójszyjnej, zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne oraz termometr, rozpuszcza się 0,5 mola chlorku 1,3-di[(1R,2S,5R)-(-)-mento₃ ksymetylo]imidazoliowego w 40 cm³ eteru dietylowego. Następnie dodaje się 0,57 mola heksafluorofosforanu potasu. Reakcję prowadzi się w temperaturze 303K. Po 4 godzinach odparowuje się rozpuszczalnik, a ciekły produkt reakcji suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji osiągnęła 95%.

Analiza elementarna potwierdza strukturę otrzymanego związku.

Analiza elementarna (%) dla C25H45F6N2O2P (550,69): wartości teoretyczne: C 54,52; H 8,25; N 5,09;

wartości doświadczalne: C 54,41; H 8,39; N 5,11.

Zawartość heksafluorofosforanu imidazoliowego w produkcie, oznaczona metodą miareczkowania dwufazowego, według EN ISO 2871-1 : 2010, wyniosła 99%.

P r z y k ł a d 3

W celu wytwarzania bis(trifluorometylosulfonylo)imidku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksy₃ metylo]imidazoliowego przedstawionego wzorem 5, do reaktora o pojemności 250 cm³ wprowadza się ₃

0,8 mola chlorku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego i 55 cm³ acetonu. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 0,95 mola bis(trifluorometylosulfonylo)imidku litu, uprzednio rozpuszczonego w wodzie. Reakcję prowadzi się w temperaturze 288K przez 2 godziny. Odparowuje się rozpuszczalniki, a produkt reakcji w postaci cieczy jonowej przemywa się czterokrotnie wodą destylowaną. Wydajność reakcji wynosi 97%.

W podobny sposób przeprowadza się reakcję używając rozpuszczalnik w postaci chloroformu wydajność reakcji wynosi 94% albo chlorek metylenu - wydajność reakcji wynosi 98%).

Strukturę syntezowanego optycznie czynnego bis(trifluorometylosulfonylo)imidku potwierdziła analiza elementarna CNH i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego.

Analiza elementarna (%) dla C27H45F6N3O6S2 (685,95): wartości teoretyczne: C 47,27; H 6,62; N 6,13; wartości doświadczalne: C 47,17; H 6,52; N 6,17.

Widmo ¹³C NMR bis(trifluorometylosulfonylo)imidku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego: (CDCI3, 25°C) δ [ppm] = 15,4; 20,8; 21,9; 22,7; 25,3; 31,1; 33,9; 40,0; 47,6; 77,2; 80,1; 122,0; 134,6; anion: 113,0; 117,3; 121,5; 125,7;

PL 215 471 B1

P r z y k ł a d 4

Sposób wytwarzania bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego, przedstawionego wzorem 6, polega na tym, że w kolbie zaopatrzonej w dipol magnetyczny, rozpuszcza się 0,55 mola chlorku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imi₃ dazoliowego w 40 cm³ eteru dietylowego. Następnie dodaje się równomolową ilość bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidku litu, w formie roztworu eterowego. Reakcję prowadzi się w temperaturze pokojowej. Po godzinie odparowuje się rozpuszczalnik, a ciekły produkt reakcji przemywa się trzykrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji osiągnęła 97%.

W podobny sposób przeprowadza się reakcję używając rozpuszczalnik w postaci heksanu wydajność reakcji wynosi 96% albo heptan - wydajność reakcji wynosi 91%.

Analiza elementarna potwierdziła strukturę otrzymanego związku.

Analiza elementarna (%) dla C18H25F10N3O5S2 (785,97): wartości teoretyczne: C 44,30; H 5,78; N 5,35; wartości doświadczalne: C 44,43; H 5,62; N 5,21.

Zawartość bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidku imidazoliowego w produkcie, oznaczona metodą miareczkowania dwufazowego, według EN ISO 2871-1:2010, wyniosła 97%.

P r z y k ł a d 5

Sposób wytwarzania trifluorometylosulfonianu 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego przedstawionego wzorem 7, polega na tym, że w kolbie, zaopatrzonej w dipol magnetyczny, ₃ rozpuszcza się 0,45 mola chlorku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego w 55 cm³ THF. Następnie dodaje się 0,57 mola trifluorometylosulfonianu sodu. Reakcję prowadzi się w temperaturze 273K. Po 5 godzinach mieszaninę poreakcyjną przenosi się do lodówki i pozostawia się na 24h. Otrzymuje się produkt reakcji wymiany, w postaci ciekłej, po uprzednim odparowaniu rozpuszczalnika. Trifluorometylosulfonian imidazoliowy przemywa się trzykrotnie wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 93%.

W podobny sposób przeprowadza się reakcję używając jako rozpuszczalnik DMF - wydajność reakcji wynosi 94% albo octan etylu - wydajność reakcji wynosi 97%. Analiza elementarna i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego potwierdzają strukturę otrzymanego trifluorometylosulfonianu.

Analiza elementarna (%) dla C26H45F3N2O5S (554,83): wartości teoretyczne: C 56,28; H 8,19; N 5,05;

wartości doświadczalne: C 56,14; H 8,25; N 5,17.

Widmo ¹³C NMR trifluorometylosulfonianu 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego: (CDCI3, 25°C) δ [ppm] = 15,7; 21,0; 22,1; 22,8; 25,5; 31,1; 34,1; 40,2; 47,8; 77,1; 80,2; 121,6; 136,5.

P r z y k ł a d 6

Sposób wytwarzania trifluorooctanu 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego ₃ przedstawionego wzorem 8, polega na tym, że w reaktorze o pojemności 250 cm³ rozpuszcza się ₃

0,6 mola chlorku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego w 25 cm³ metanolu. Następnie intensywnie mieszając dodaje się 0,57 mola trifluorooctanu potasu w postaci roztworu alkoholowego. Reakcję prowadzi się w temperaturze 303K. Po 48 godzinach otrzymuje się produkt reakcji wymiany, w postaci hydrofobowej cieczy jonowej, po uprzednim odparowaniu rozpuszczalnika. Produkt przemywa się wodą destylowaną i ostatecznie suszy się w eksykatorze próżniowym. Wydajność reakcji wynosi 98%.

W podobny sposób przeprowadza się reakcję używając jako rozpuszczalnik wyższe homologi metanolu: etanol - wydajność reakcji wynosi 99%, propanol - wydajność reakcji wynosi 94% albo butanol - wydajność reakcji wynosi 90%.

Analiza elementarna i spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego potwierdzają strukturę otrzymanego produktu.

Analiza elementarna (%) dla C27H45F3N2O4 (518,74): wartości teoretyczne: C 62,51; H 8,76; N 5,40;

wartości doświadczalne: C 62,63; H 8,70; N 5,29.

ή

Widmo ¹H NMR trifluorooctanu 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego: (CDCI3, 25°C) δ [ppm] = 0,54 (d, J = 7,0 Hz, 6H); 0,89 (m, 18H); 1,28 (m, 2H); 1,41 (m, 2H); 1,64 (m, 4H); 2,01 (sept d, J^1,3 = 7,0 Hz, J^1,2 = 2,4 Hz, 2H); 2,10 (m, 2H); 3,35 (td, J^1,3 = 10,6 Hz, J^1,2 = 4,3 Hz, 2H); 5,63 oraz 5,87 (d, J = 10,5 Hz, J = 10,6 Hz, 4H, AB system); 7,46 (m, 2H); 11,08 (m, 1H).

PL 215 471 B1

Claims (4)

1. Symetryczne czwartorzędowe sole amoniowe pochodne nasyconego alkoholu cyklicznego o wzorze ogólnym 1, zawierające w części kationowej dwie grupy ( 1S,2R,5S)-(+)-mentolu połączone z atomem azotu typu pirolowego imidazolu w pozycji N-1 oraz z atomem azotu typu pirydyniowego imidazolu w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X anion zawierający co najmniej jeden atom fluoru, taki jak: tetrafluoroboranowy, heksafluorofosforanowy, bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowy, bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidkowy, trifluorometylosulfonianowy lub trifluorooctanowy.

2. Sposób wytwarzania symetrycznych czwartorzędowych soli amoniowych pochodnych nasyconego alkoholu cyklicznego o ogólnym wzorze 1, zawierających w części kationowej dwie grupy (1S,2R,5S)-(+)-mentolu połączone z atomem azotu typu pirolowego imidazolu w pozycji N-1 oraz z atomem azotu typu pirydyniowego imidazolu w pozycji N-3, natomiast w części anionowej oznaczony symbolem X anion zawierający co najmniej jeden atom fluoru, taki jak: tetrafluoroboranowy, heksafluorofosforanowy, bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowy, bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidkowy, trifluorometylosulfonianowy lub trifluorooctanowy, znamienny tym, że chiralny chlorek1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowy, o wzorze ogólnym 2, poddaje się reakcji z solami organicznymi lub nieorganicznymi, zawierającymi co najmniej jeden atom fluoru, wybranymi z grupy obejmującej: tetrafluoroboran sodu, heksafluorofosforan potasu, bis(trifluorometylosulfonylo)imidek litu, bis(pentafluoroetylosulfonylo)imidek litu, trifluorometylosulfonian sodu lub trifluorooctan potasu, w temperaturze od 273 do 373K, w obecności rozpuszczalnika organicznego lub w wodzie.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że rozpuszczalnik organiczny wybrany jest z grupy obejmującej: DMSO - dimetylosulfotlenek, DMF - dimetyloformamid, chloroform, aceton, octan etylu, THF - tetrahydrofuran, alkohole pierwszorzędowe o ilości atomów węgla od 1 do 4, toluen, eter dietylowy, heksan, heptan lub chlorek metylenu.

4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosunek molowy chlorku 1,3-di[(1S,2R,5S)-(+)-mentoksymetylo]imidazoliowego do soli organicznych lub nieorganicznych, zawierających co najmniej jeden atom fluoru wynosi od 0,8 do 1,4.