RU2645914C1 - Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана) - Google Patents

Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана) Download PDF

Info

Publication number
RU2645914C1
RU2645914C1 RU2017110007A RU2017110007A RU2645914C1 RU 2645914 C1 RU2645914 C1 RU 2645914C1 RU 2017110007 A RU2017110007 A RU 2017110007A RU 2017110007 A RU2017110007 A RU 2017110007A RU 2645914 C1 RU2645914 C1 RU 2645914C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diamantane
endo
tetradecane
yield
pentacyclo
Prior art date
Application number
RU2017110007A
Other languages
English (en)
Inventor
Усеин Меметович Джемилев
Равил Исмагилович Хуснутдинов
Ришат Ишбирдович Аминов
Марат Салаватович Тажетдинов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук
Priority to RU2017110007A priority Critical patent/RU2645914C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2645914C1 publication Critical patent/RU2645914C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/02Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation
    • C07C5/13Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation with simultaneous isomerisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/22Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by isomerisation
    • C07C5/27Rearrangement of carbon atoms in the hydrocarbon skeleton
    • C07C5/31Rearrangement of carbon atoms in the hydrocarbon skeleton changing the number of rings

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана) формулы (1). Способ характеризуется тем, что эндо-эндо-гексацикло[9.2.1.02,10.03,8.04,6.05,9])тетрадекан (эндо-эндо-ГЦТД) подвергают изомеризации в присутствии ионной жидкости состава 2AlCl3-Et3N⋅HCl, при мольном соотношении [эндо-эндо-ГЦТД]:[ИЖ]=[1]:[0.5÷9], в условиях 50°С, 8 ч. В оптимальных условиях при полной конверсии (12) выход диамантана (1) достигает 92%. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способу получения диамантана (1) (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана).
Диамантан (1) - второй представитель гомологического ряда алмазоподобных углеводородов (адамантаноидов, диамондоидов), является исходным сырьем для синтеза термостойких синтетических смазочных масел или их компонентов, в частности кабельного масла. Он используется для получения медицинских препаратов, полимерных материалов и резин, устойчивых к растворителям (Е.И. Багрий. Адамантаны. М.: Наука, 1989. 256 с. [1]).
Известные методы синтеза диамантана (1) основаны на скелетной изомеризации напряженных термодинамически менее устойчивых изосоставных C14H20 полициклических углеводородов под действием кислотных катализаторов, в качестве которых используются кислоты Льюиса (AlCl3, AlBr3) и суперкислоты (B(OSO2CF3)3, CF3SO3H), а также Pt-содержащие катализаторы.
Диамантан был синтезирован изомеризацией димера норборнена - пентацикло[8.2.1.14,70.2,9.03,8]тетрадекана (2) по схеме
Figure 00000001
Образование побочного продукта 1,2-тетраметиладамантана (3) с выходом 40% обусловлено разрушением одного из циклов диамантана (1), что и объясняет его низкий выход (С.А. Cupas, P.R. Schleyer, D.J. Trecker. J. Amer. Chem. Soc. 1965. V. 87. P. 917 [2]).
Изомеризация наименее напряженного пентациклического димера норборнена экзо-транс-экзо-конфигурации (4) приводит к образованию диамантана (1) с более высоким выходом (11%).
Однако и в этом случае основным продуктом реакции является 1,2-бутаноадамантан (3)
Figure 00000002
Наиболее напряженный эндо-транс-экзо-изомер (5) в этих условиях селективно превращается в соединение (3) (V.Z. Williams, P.v.R. Schleyer, G.J. Gleicher, L.B. Rodewald. J. Amer. Chem. Soc. 1966. V. 88. P. 3862 [3])
Figure 00000003
В работе (T.M. Gund, E. Osawa, V.Z. Williams, P.v.R. Schleyer. J. Org. Chem. 1974. V. 39. P. 2979 [7]) синтез диамантана (1) осуществляли изомеризацией C14H20-углеводородов экзо-эндо- (6) и эндо-эндо-конфигурации (7) в присутствии AlBr3, третбутилбромида в среде циклогексана
Figure 00000004
Недостатки методов:
1. Низкий выход целевого диамантана (1).
2. Образование трудно разделяемой смеси продуктов, что создает большие сложности при выделении диамантана (1).
3. Труднодоступность и многостадийность синтеза исходных углеводородов, которых получают димеризацией норборнадиена, изомеризацией и гидрированием на родиевых и платиновых катализаторах.
Наиболее пригодным исходным соединением для препаративного получения диамантана (1) является [4+4]-димер норборнадиена - гептацикло[8.4.0.02,12.03,8.04,6.05,9.011,13]тетрадекан (8), тривиальное название которого «бинор-S». Гидрирование бинора-S при 200°С и 305 атм Н2 в присутствии платинового катализатора (H2PtCl6 или PtO2) в ледяной уксусной кислоте приводит к раскрытию обоих циклопропановых колец и образованию тетрагидробинора-S (9а-в) с практически количественным выходом (Т.М. Gund, Е. Osawa, V.Z. Williams, P.v.R. Schleyer. Tetrahedron Lett. 1970. 44. P. 3877; У.М. Джемилев, Р.И. Хуснутдинов, З.С. Муслимов, М.Ф. Мазитов. Нефтехимия. 1996. Т. 36. С. 506 [8])
Figure 00000005
К раствору хорошо высушенного AlBr3 (25% от веса (9)) в сероуглероде или циклогексане медленно добавляют тетрагидробинор-S (9а-в). После добавления всего количества (9а-в) смесь кипятят 0.5-1 ч. Выход диамантана (1) составляет 65%
Figure 00000006
Недостатки метода:
1. Умеренный выход целевого продукта.
2. Образование побочного продукта - 1,2-бутаноадамантана (3), затрудняет выделение диамантана (1).
3. Использование значительного количества катализатора (25%).
4. Использование в качестве растворителя токсичного и взрывоопасного сероуглерода.
О. Farooq с сотрудниками (О. Farooq, S.M.F. Farnia, М. Stephenson, G.A. Olah. J. Org. Chem. 1988. V. 53. P. 2840 [9]) осуществили синтез диамантана (1) с высокими выходами из тетрагидробинора-S (9а-в) в присутствии суперкислотных катализаторов: B(OSO2CF3)3, CF3SO3H-SbF5 (1:1), CF3SO3H-B(OSO2CF3)3 (1:1)
Figure 00000007
Недостатки метода:
1. Труднодоступность и дороговизна суперкислотных катализаторов.
2. Использование стехиометрических количеств агрессивных суперкислот, что осложняет выделение целевого продукта.
3. Сильная коррозия оборудования.
4. При нейтрализации реакционной смеси образуется большое количество отходов и сточных вод.
5. Необходимость использования низких температур (0°С).
В работе (G.A. Olah, A. Wu, О. Farooq, G.K.S. Prakash. J. Org. Chem., 1989. V. 54. P. 1450 [10]) приведен пример однореакторного метода синтеза диамантана (1) непосредственно из бинора-S (8) с промежуточным образованием тетрагидробинора-S. Гидрирующим агентом служит боргидрид натрия. Кроме того, NaBH4, реагируя с CF3SO3H, образует трифлат бора, который катализирует изомеризацию тетрагидробинора-S (9а-в) в диамантан (1). Во время добавления кислоты из-за экзотермичности реакции смесь охлаждают до -78°С, смесь затем выдерживают при комнатной температуре в течение 3-5 часов. Выход диамантана (1) по данному методу достигает 99%
Figure 00000008
Недостатки метода:
1. Труднодоступность и дороговизна реагентов (NaBH4, CF3SO3H).
2. Сильная коррозия оборудования под действием суперкислот.
3. Необходимость проведения реакции в токе сухого аргона или азота из-за использования пожаро- и взрывоопасного боргидрида натрия.
4. Необходимость охлаждения смеси до -78°С из-за экзотермичности реакции.
При гидрировании димера норборнадиена эндо-эндо-конфигурации (10) в уксусной кислоте в присутствии катализатора Адамса после гидрогенолиза циклопропанового кольца и восстановления олефиновой связи образуется тетрагидропроизводное (11) неустановленной структуры. Углеводород (11) при нагревании при 150°С в присутствии катализатора Pt-Cl-Al2O3, активированного хлороводородом (HCl), количественно превращается в диамантан (1). (Т. Courtney, D.E. Johnston, М.А. McKervey, J.J. Rooney. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1972. I. №21. P. 2691 [11])
Figure 00000009
Недостатки метода:
1. Использование на двух стадиях дорогостоящего платинового катализатора.
2. Коррозия оборудования из-за использования в составе катализатора HCl.
Авторами (У.М. Джемилев, Р.И. Хуснутдинов, Н.А. Щаднева, К.С. Кислицина, Б.И. Кутепов, А.Н. Хазипова, О.С. Травкина. Патент РФ №2459794 от 27.08.2012. Бюл. №24 [11]) разработан способ получения диамантана (1) изомеризацией тетрагидробинора-S (9а-в) с использованием катализатора - цеолита Y в NaH-форме со степенью ионного обмена 40-60%, предварительно подвергнутого термообработке при 450°С в течение 3-5 ч в атмосфере воздуха, в количестве 30-70 мас. % при температуре реакции 270-300°С в течение 15-30 часов. В этих условиях выход диамантана (1) составляет 98-99%
Figure 00000010
Недостатки метода:
1. Высокая температура и значительная продолжительность реакции.
Авторами предлагается новый метод синтеза диамантана (1), основанный на использовании в качестве катализатора неорганической ионной жидкости (ИЖ) состава 2AlCl3-Et3N⋅HCl.
Сущность предлагаемого способа заключается в изомеризации эндо-эндо-гексацикло[9.2.1.02,10.03,8.04,6.05,9])тетрадекана (12) (полученного гидрированием на никелевом и палладиевом катализаторах димера НБД) в диамантан (1) под действием ионной жидкости состава 2AlCl3-Et3N⋅HCl. Реакция проходит в мягких условиях при 50°С, за 8 ч, при мольном соотношении реагентов: [12]:[ИЖ]=[1]:[0.5÷9]. В результате реакции в зависимости от соотношения углеводорода (12) и ИЖ образуется смесь, состоящая из диамантана (1), 1,2-бутаноадамантана (3) и гептацикло[6.6.0.02,12.03,7.04,11.05,9.010,14]тетрадекана (13). В оптимальных условиях при полной конверсии (12) выход диамантана (1) достигает 92%
Figure 00000011
Ионная жидкость в данной реакции выполняет три функции: служит катализатором, источником водорода (так как углеводород (12) имеет состав C14H18, то есть содержит меньше водородных атомов чем диамантан (1)) и реакционной средой. Использование растворителей нецелесообразно, так как при добавлении растворителя (гексан, циклогексан, хлористый метилен) выход диамантана (1) снижается до 10%.
Преимущества предлагаемого метода:
1. Углеводород (12) легко синтезируется гидрированием димера НБД (10) в присутствии дешевых катализаторов: никелевого и палладиевого (Pd/C).
2. Мягкие условия реакции: 50°С, за 8 ч.
3. Высокий выход диамантана (1) (до 92%).
Способ поясняется примерами.
ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор, содержащий 0,138 г (1 ммоль) гидрохлорид триэтиламина, при перемешивании под аргоном добавляли 0.267 г (2 ммоль) трихлорида алюминия. Реакция экзотермична. Образуется жидкость коричневого цвета, которую перемешивают в течение одного часа. Продукт стабилен в виде жидкости при комнатной температуре. При охлаждении до -10°С ионная жидкость переходит в стеклообразное состояние, а при нагревании до комнатной температуры превращается в жидкость.
ПРИМЕР 2. В стеклянный реактор (V=50 мл) под аргоном загружали 0.2 г (1 ммоль) полициклического C14H18-углеводорода (12) и 3.04 г (7 ммоль) ионной жидкости 2AlCl3+Et3N⋅HCl. Реакцию проводили при постоянном перемешивании при 50°С в течение 8 ч. Затем реактор охлаждали до комнатной температуры, реакционную массу экстрагировали петролейным эфиром и фильтровали через слой силикагеля (элюент - петролейный эфир). Растворитель отгоняли, остаток перекристаллизовывали из смеси этилацетат:циклогексан=1:1.
Figure 00000012
Выход диамантана (1) 92%, т. пл. 244-245°С. ИК спектр (υ, см-1): 2926, 2907, 2880, 2850, 1445, 1305, 1230, 1179, 1072, 1039, 980. Спектр ЯМР 13С (CDCl3, δ, м.д.): 37.76 (С1, С2, С6, С7, С11, С12), 38.51 (С3, С5, С8, С10, С13, С14), 26.18 (С4, С9). Масс-спектр, m/z (Jотн., %): 188 [М]+ (100), 160 (5), 159 (10), 145 (8), 131 (13), 130 (18), 120 (7), 105 (15), 91 (28), 79 (25), 67 (15). Найдено, %: С 88.75, Н 11.25. С14Н20. Вычислено, %: С 88.29, Н 10.71.
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.
Figure 00000013

Claims (3)

  1. Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана) формулы
  2. Figure 00000014
  3. отличающийся тем, что эндо-эндо-гексацикло[9.2.1.02,10.03,8.04,6.05,9])тетрадекан (эндо-эндо-ГЦТД) подвергают изомеризации в присутствии ионной жидкости состава 2AlCl3-Et3N⋅HCl, при мольном соотношении [эндо-эндо-ГЦТД]:[ИЖ]=[1]:[0.5÷9], в условиях 50°С, 8 ч.
RU2017110007A 2017-03-24 2017-03-24 Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана) RU2645914C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110007A RU2645914C1 (ru) 2017-03-24 2017-03-24 Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017110007A RU2645914C1 (ru) 2017-03-24 2017-03-24 Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645914C1 true RU2645914C1 (ru) 2018-03-01

Family

ID=61568581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017110007A RU2645914C1 (ru) 2017-03-24 2017-03-24 Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645914C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771230C2 (ru) * 2020-03-18 2022-04-28 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук Способ получения диамантана (пентацикло [7.3.1.1 4,12.0 2,7.0 6,11]тетрадекана)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1905753A1 (en) * 2006-09-26 2008-04-02 FUJIFILM Corporation Synthesis method of diamondoid
RU2459794C1 (ru) * 2011-05-04 2012-08-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Нефтехимии И Катализа Ран Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекан)

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1905753A1 (en) * 2006-09-26 2008-04-02 FUJIFILM Corporation Synthesis method of diamondoid
RU2459794C1 (ru) * 2011-05-04 2012-08-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Нефтехимии И Катализа Ран Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекан)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T.Courtney, D.E.Johnston, M.A.McKervey, J.J.Rooney. "The chemistry of diamantine. Part I. Synthesis and some functionalisation reactions" J. Chem. Soc, Perkin Trans. I. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771230C2 (ru) * 2020-03-18 2022-04-28 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук Способ получения диамантана (пентацикло [7.3.1.1 4,12.0 2,7.0 6,11]тетрадекана)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Neureiter Pyrolysis of 1, 1-Dichloro-2-vinylcyclopropane Synthesis of2-Chlorocyclopentadiene
Wender et al. First studies of the transition metal-catalyzed [5+ 2] cycloadditions of alkenes and vinylcyclopropanes: Scope and stereochemistry
JPH08176023A (ja) シクロペンテン類
Billups et al. Uses of adsorbed reagents in the synthesis of reactive molecules via elimination reactions
Petrov et al. Diels–Alder reactions of “in situ” generated perfluorinated thioketones
RU2645914C1 (ru) Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекана)
JPH0533279B2 (ru)
Conlin et al. Adamantene
Aminov et al. Synthesis of diamantane via skeletal isomerization of hydrogenated cyclohepta-1, 3, 5-triene dimers in ionic liquid [Et 3 NH]+[Al 2 Cl 7]–
RU2459794C1 (ru) Способ получения диамантана (пентацикло[7.3.1.14,12.02,7.06,11]тетрадекан)
RU2771230C2 (ru) Способ получения диамантана (пентацикло [7.3.1.1 4,12.0 2,7.0 6,11]тетрадекана)
Osawa et al. Fused and bridged tetracyclic C13 and C14 adamantanes. Synthesis of methyl-2, 4-ethano-, 1, 2-trimethylene-, 2, 4-trimethylene-, and 1, 2-tetramethyleneadamantane
Grubmüller et al. Hydrogenolysis of alkyl‐substituted adamantanes, diamantanes, and triamantanes in the gas phase on a nickel‐alumina catalyst
Tang et al. A Convenient Synthesis of Benzo [s] picene
US9381507B2 (en) Process for the preparation of 4-methylpent-3-en-1-ol derivatives
RU2559362C1 (ru) Способ получения триамантана
Hixson et al. Arylcyclopropane photochemistry. The role of orbital overlap control in the photochemical cis-trans isomerization of arylcyclopropanes
Dolbier Jr et al. 3, 3-Difluorocyclobutene. Synthesis and reaction with diazomethane
Ipatieff et al. Studies in the Terpene Series. XVII. 1 The Thermal Isomerization of Pinane at High Pressure2, 3
Sato et al. STEREOSELECTIVE SYNTHESIS OF TRISUBSTITUTED OLEFINS VIA π-ALLYLIC NICKEL BROMIDE COMPLEXES WITH FUNCTIONAL GROUP
Kung et al. Reaction of Cyclohexene with a “Thermal Dichlorocarbene.” from Chloroform
Torii et al. Preparation and reactions of 2-(2-hydroxy-2, 6-dimethyl-5-heptenyl)-1, 3-dithiane. Synthesis of linaloyl oxide (2, 6, 6-trimethyl-6-vinyltetrahydropyran)
Sasaki et al. Chrysanthemic acid. VII. Thermal decomposition of chrysanthemyl oxalate and deamination of chrysanthemylamine
Babudri et al. A straightforward synthesis of symmetrical polyendiynes by dimerization reactions of silyl derivatives
ITO et al. Homo-coupling reactions of norbornene derivatives catalyzed by Ni-complexes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190325